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嵌入式 TCP/IP 协议单片机技术在网络通信中的应用

2011-05-13 11:20
夜隼008
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  在因特网上,TCP/IP协议每时每刻保证了数据的准确传输。在数据采集领域,如何利用TCP/IP协议在网络中进行数据传输成为一个炙手可热的话题。在本系统中,笔者利用TCP/IP协议中的UDP(用户数据报协议)、IP(网络报文协议)、ARP(地址解析协议)及简单的应用层协议成功地实现了单片机的网络互连,既提高了数据传输的速度,又保证了数据传输的正确性,同时也扩展了数据传输的有效半径。

  1 TCP/IP协议简介

  TCP/IP协议是一套把因特网上的各种系统互连起来的协议组,保证因特网上数据的准确快速传输。参考开放系统互连(OSI)模型,TCP/IP通常采用一种简化的四层模型,分别为:应用层、传输层、网络层、链路层。

  (1)应用层

  网络应用层要有一个定义清晰的会话过程,如通常所说的Http、Ftp、Telnet等。在本系统中,单片机系统传递来自Ethernet和数据终端的数据,应用层只对大的数据报作打包拆报处理。

  (2)传输层

  传输层让网络程序通过明确定义的通道及某些特性获取数据,如定义网络连接的端口号等,实现该层协议的传输控制协议TCP和用户数据协议UDP。在本系统中使用UDP数据报协议。

  (3)网络层

  网络层让信息可以发送到相邻的TCP/IP网络上的任一主机上,IP协议就是该层中传送数据的机制。同时建立网络间的互连,应提供ARP地址解析协议,实现从IP地址到数据链路物理地址的映像。

  (4)链路层

  由控制同一物理网络上的不同机器间数据传送的底层协议组成,实现这一层协议的协议并属于TCP/IP协议组。在本系统中这部分功能由单片机控制网卡芯片CS8900实现。

  

  2 硬件框图

  如图1所示,系统提供RJ45接口连接Ethernet网络,并且提供一个串口给用户使用。系统板可以将从Ethernet上过来的IP数据报解包后送给串口,也可将从串口过来的数据封装为IP包送到局域网中。外部RAM使用61C1024(128KB),从而为数据处理提供了很大的缓存;使用E2PROM——X25045,既可以作为看门狗使用,也可以将IP地址、网卡物理地址和其他参数保存在里面。

  CS8900芯片是Cirrus Logic公司生产的一种局域网处理芯片,它的封装是100-pin TQFP,内部集成了在片RAM、10BASE-T收发滤波器,并且提供8位和16位两种接口,本文只介绍它的8位模式。

  NE103是一种脉冲变压器,在CS8900的前端对网络信号进行脉冲波形变换。

  3 工作原理

  3.1 CS8900的工作原理

  CS8900与单片机按照8位方式连接,网卡芯片复位后默认工作方式为I/O连接,基址是300H,下面对它的几个主要工作寄存器进行介绍(寄存器后括号内的数字为寄存器地址相对基址300H的偏移量)。

  ·LINECTL(0112H)

  LINECTL决定CS8900的基本配置和物理接口。在本系统中,设置初始值为00d3H,选择物理接口为10BASE-T,并使能设备的发送和接收控制位。

  ·RXCTL(0104H)

  RXCTL控制CS8900接收特定数据报。设置RXTCL的初始值为0d05H,接收网络上的广播或者目标地址同本地物理地址相同的正确数据报。

  ·RXCFG(0102H)

  RXCFG控制CS8900接收到特定数据报后会引发接收中断。RXCFG可设置为0103H,这样当收到一个正确的数据报后,CS8900会产生一个接收中断。

  ·BUSCT(0116H)

  BUSCT可控制芯片的I/O接口的一些操作。设置初始值为8017H,打开CS8900的中断总控制位。

  ·ISQ(0120H)

  ISQ是网卡芯片的中断状态寄存器,内部映射接收中断状态寄存器和发送中断状态寄存器的内容。

  ·PORT0(0000H)

  发送和接收数据时,CPU通过PORT0传递数据。

  ·TXCMD(0004H)

  发送控制寄存器,如果写入数据00C0H,那么网卡芯片在全部数据写入后开始发送数据。

  ·TXLENG(0006H)

  发送数据长度寄存器,发送数据时,首先写入发送数据长度,然后将数据通过PORT0写入芯片。

  以上为几个最主要的工作寄存器(为16位),CS8900支持8位模式,当读或写16位数据时,低位字节对应偶地址,高位字节对应奇地址。例如,向TXCMD中写入00C0H,则可将00h写入305H,将C0H写入304H。

  系统工作时,应首先对网卡芯片进行初始化,即写寄存器LINECTL、RXCTL、RCCFG、BUSCT。发数据时,写控制寄存器TXCMD,并将发送数据长度写入TXLENG,然后将数据依次写入PORT0口,如将第一个字节写入300H,第二个字节写入301H,第三个字节写入300H,依此类推。网卡芯片将数据组织为链路层类型并添加填充位和CRC校验送到网络同样,单片机查询ISO的数据,当有数据来到后,读取接收到的数据帧。读数据时,单片机依次读地址300H,301H,300H,301H…。

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