??? 摘? 要: 介紹了嵌入式TCP/IP" title="TCP/IP">TCP/IP協(xié)議單片機在網(wǎng)絡通信中的數(shù)據(jù)傳輸技術。將TCP/IP協(xié)議嵌入到單片機中,借助網(wǎng)卡芯片CS8900實現(xiàn)了單片機在局域網(wǎng)內和通過局域網(wǎng)在因特網(wǎng)上的數(shù)據(jù)傳輸,。 用戶終端以單片機系統(tǒng)板為媒介,通過網(wǎng)絡與遠程數(shù)據(jù)終端實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信,。?

??? 關鍵詞: TCP/IP協(xié)議? 單片機? 因特網(wǎng)? 局域網(wǎng)? 網(wǎng)卡芯片

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??? 在因特網(wǎng)上，TCP/IP協(xié)議每時每刻保證了數(shù)據(jù)的準確傳輸,。在數(shù)據(jù)采集領域,如何利用TCP/IP協(xié)議在網(wǎng)絡中進行數(shù)據(jù)傳輸成為一個炙手可熱的話題,。在本系統(tǒng)中,筆者利用TCP/IP協(xié)議中的UDP(用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議)、IP(網(wǎng)絡報文協(xié)議)、ARP(地址解析" title="地址解析">地址解析協(xié)議)及簡單的應用層" title="應用層">應用層協(xié)議成功地實現(xiàn)了單片機的網(wǎng)絡互連,，既提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?又保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性,同時也擴展了數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行О霃健?

1 TCP/IP協(xié)議簡介?

??? TCP/IP協(xié)議是一套把因特網(wǎng)上的各種系統(tǒng)互連起來的協(xié)議組,保證因特網(wǎng)上數(shù)據(jù)的準確快速傳輸,。參考開放系統(tǒng)互連(OSI)模型,TCP/IP通常采用一種簡化的四層模型,分別為:應用層、傳輸層,、網(wǎng)絡層,、鏈路層" title="鏈路層">鏈路層。

??? (1)應用層 ?

??? 網(wǎng)絡應用層要有一個定義清晰的會話過程,，如通常所說的Http,、Ftp、Telnet等,。在本系統(tǒng)中,，單片機系統(tǒng)傳遞來自Ethernet和數(shù)據(jù)終端的數(shù)據(jù),應用層只對大的數(shù)據(jù)報作打包拆報處理。?

??? (2)傳輸層 ?

??? 傳輸層讓網(wǎng)絡程序通過明確定義的通道及某些特性獲取數(shù)據(jù),如定義網(wǎng)絡連接的端口號等,，實現(xiàn)該層協(xié)議的傳輸控制協(xié)議TCP和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP,。在本系統(tǒng)中使用UDP數(shù)據(jù)報協(xié)議。?

??? (3)網(wǎng)絡層?

?? ?網(wǎng)絡層讓信息可以發(fā)送到相鄰的TCP/IP網(wǎng)絡上的任一主機上,，IP協(xié)議就是該層中傳送數(shù)據(jù)的機制,。同時為建立網(wǎng)絡間的互連，應提供ARP地址解析協(xié)議,，實現(xiàn)從IP地址到數(shù)據(jù)鏈路物理地址的映像,。?

??? (4)鏈路層?

??? 由控制同一物理網(wǎng)絡上的不同機器間數(shù)據(jù)傳送的底層協(xié)議組成，實現(xiàn)這一層協(xié)議的協(xié)議并不屬于TCP/IP協(xié)議組,。在本系統(tǒng)中這部分功能由單片機控制網(wǎng)卡芯片CS8900實現(xiàn),。?

2 硬件框圖?

??? 如圖1所示，系統(tǒng)提供RJ45接口連接Ethernet網(wǎng)絡,，并且提供一個串口" title="串口">串口給用戶使用,。系統(tǒng)板可以將從Ethernet上過來的IP數(shù)據(jù)報解包后送給串口，也可將從串口過來的數(shù)據(jù)封裝為IP包送到局域網(wǎng)中,。外部RAM使用61C1024(128KB),從而為數(shù)據(jù)處理提供了很大的緩存; 使用E2PROM——X25045,，既可以作為看門狗使用，也可以將IP地址,、網(wǎng)卡物理地址和其他參數(shù)保存在里面,。?

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??? CS8900芯片是Cirrus Logic公司生產的一種局域網(wǎng)處理芯片，它的封裝是100-pin TQFP,，內部集成了在片RAM,、10BASE-T收發(fā)濾波器，并且提供8位和16位兩種接口,本文只介紹它的8位模式,。?

??? NE103是一種脈沖變壓器,在CS8900的前端對網(wǎng)絡信號進行脈沖波形變換,。?

3 工作原理?

3.1 CS8900的工作原理?

??? CS8900與單片機按照8位方式連接,網(wǎng)卡芯片復位后默認工作方式為I/O連接,基址是300H,下面對它的幾個主要工作寄存器進行介紹(寄存器后括號內的數(shù)字為寄存器地址相對基址300H的偏移量),。?

??? ·LINECTL(0112H)?

?? ?LINECTL決定CS8900的基本配置和物理接口。在本系統(tǒng)中,設置初始值為00d3H,選擇物理接口為10BASE-T,并使能設備的發(fā)送和接收控制位,。?

??? ·RXCTL(0104H)?

??? RXCTL控制CS8900接收特定數(shù)據(jù)報,。設置RXTCL的初始值為0d05H,接收網(wǎng)絡上的廣播或者目標地址同本地物理地址相同的正確數(shù)據(jù)報。?

??? ·RXCFG(0102H)?

??? RXCFG控制CS8900接收到特定數(shù)據(jù)報后會引發(fā)接收中斷,。RXCFG可設置為0103H,這樣當收到一個正確的數(shù)據(jù)報后,CS8900會產生一個接收中斷,。?

??? ·BUSCT(0116H)?

??? BUSCT可控制芯片的I/O接口的一些操作。設置初始值為8017H,，打開CS8900的中斷總控制位,。?

??? ·ISQ(0120H)?

??? ISQ是網(wǎng)卡芯片的中斷狀態(tài)寄存器,內部映射接收中斷狀態(tài)寄存器和發(fā)送中斷狀態(tài)寄存器的內容。?

??? ·PORT0(0000H)?

??? 發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時,CPU通過PORT0傳遞數(shù)據(jù),。?

??? ·TXCMD(0004H)?

??? 發(fā)送控制寄存器,如果寫入數(shù)據(jù)00C0H,那么網(wǎng)卡芯片在全部數(shù)據(jù)寫入后開始發(fā)送數(shù)據(jù),。?

??? ·TXLENG(0006H)?

??? 發(fā)送數(shù)據(jù)長度寄存器,發(fā)送數(shù)據(jù)時,首先寫入發(fā)送數(shù)據(jù)長度,然后將數(shù)據(jù)通過PORT0寫入芯片。?

??? 以上為幾個最主要的工作寄存器(為16位),CS8900支持8位模式,當讀或寫16位數(shù)據(jù)時,低位字節(jié)對應偶地址,高位字節(jié)對應奇地址,。例如,向TXCMD中寫入00C0H,則可將00h寫入305H,將C0H寫入304H,。?

??? 系統(tǒng)工作時,應首先對網(wǎng)卡芯片進行初始化,即寫寄存器LINECTL、RXCTL,、RCCFG,、BUSCT。發(fā)數(shù)據(jù)時,寫控制寄存器TXCMD,并將發(fā)送數(shù)據(jù)長度寫入TXLENG,然后將數(shù)據(jù)依次寫入PORT0口,如將第一個字節(jié)寫入300H,，第二個字節(jié)寫入301H,第三個字節(jié)寫入300H,依此類推,。網(wǎng)卡芯片將數(shù)據(jù)組織為鏈路層類型并添加填充位和CRC校驗送到網(wǎng)絡。同樣,單片機查詢ISO的數(shù)據(jù),當有數(shù)據(jù)來到后,讀取接收到的數(shù)據(jù)幀,。讀數(shù)據(jù)時,單片機依次讀地址300H,，301H，300H,，301H...,。?

3.2 單片機工作流程

??? 如圖2所示,單片機首先初始化網(wǎng)絡設備。網(wǎng)卡的IP地址和物理地址存在X25045中,單片機復位后首先調取這些數(shù)據(jù)以初始化網(wǎng)絡,。?

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??? 單片機主要完成數(shù)據(jù)的解包打包,。當有數(shù)據(jù)從RJ45過來,單片機對數(shù)據(jù)報進行分析,如果是ARP(物理地址解析)數(shù)據(jù)包,則程序轉入ARP處理程序(因為在網(wǎng)絡上正是ARP協(xié)議將IP地址和物理地址相映射)。如果是IP數(shù)據(jù)包且傳輸層使用UDP協(xié)議,端口正確,則認為數(shù)據(jù)報正確,數(shù)據(jù)解包后,將數(shù)據(jù)部分通過串口輸出,。反之,如果單片機從串口收到數(shù)據(jù),則將數(shù)據(jù)按照UDP協(xié)議格式打包,送入CS8900,由CS8900將數(shù)據(jù)輸出到局域網(wǎng)中,。?

??? 可以知道,單片機主要處理協(xié)議的網(wǎng)絡層和傳輸層,鏈路層部分由CS8900完成,。因單片機將數(shù)據(jù)接收后完整不變地通過串口輸出,所以將應用層交付用戶來處理,用戶可以根據(jù)需求對收到的數(shù)據(jù)進行處理,。?

??? 在單片機的程序處理中,包含了完整的APR地址解析協(xié)議。通過在單片機中正確設置網(wǎng)關,、子網(wǎng)掩碼等參數(shù),實現(xiàn)了通過局域網(wǎng)單片機與外部因特網(wǎng)上的終端設備的數(shù)據(jù)通信,。?

4 應用?

??? 這種嵌入了TCP/IP協(xié)議的單片機系統(tǒng)板,具有成本低,、硬件少、占用面積少,、傳輸速度快,、使用方便等優(yōu)點。適用于現(xiàn)有的網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng),有著廣泛的應用前景,特別是數(shù)據(jù)采集,、數(shù)據(jù)傳輸領域,。目前,在屏幕板數(shù)據(jù)成像、遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中被使用,。?

參考文獻?

1 Douglas E.comer,，David L.Stevens著. 張 娟, 王海譯. 用TCP/IP進行網(wǎng)際互連.北京:電子工業(yè)出版社,1998?

2 雷 斌,楊建華,黃超.Visual C++6.0網(wǎng)絡編程技術.北京:人民郵電出版社,2000?

3 Postel, J. Internet Protocol. RFC 760? USC/Information??Sciences Institute,January 1980.?

4 Postel,J. User Datagram Protocol. RFC 768? USC/Information Sciences Institute,August 1980.