嵌入式系統(tǒng)接入網(wǎng)及其網(wǎng)絡(luò)接口技術(shù)研究

如果與嵌入式系統(tǒng)的通信只是局限于局域網(wǎng)之中，在物理幀的數(shù)據(jù)域內(nèi)可以直接放置要發(fā)送的數(shù)據(jù)。如果需要和其他的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，在物理幀的數(shù)據(jù)域中需要封裝更高層的協(xié)議，嵌入式系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)應(yīng)該封裝在高層協(xié)議的數(shù)據(jù)域內(nèi)。這些數(shù)據(jù)的層層封裝和物理幀的形成對(duì)于速度沒有特殊的要求，普通的低速微控制器完全可以實(shí)現(xiàn)。

　　3．2 發(fā)送數(shù)據(jù)的發(fā)送

　　以10M以太網(wǎng)為例說明，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)該做的工作是，首先對(duì)待發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特編碼，而后對(duì)編碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)行扭曲處理，使發(fā)送的數(shù)據(jù)適合在 10M以太網(wǎng)上傳輸，最后把處理好的數(shù)據(jù)以10M的速度發(fā)送到以太網(wǎng)上。同時(shí)，為了保證數(shù)據(jù)的有效發(fā)送，系統(tǒng)還應(yīng)具有沖突檢測和重發(fā)的功能。

　　從以上的發(fā)送過程可以看出，直接用普通的微控制器是很困難的，應(yīng)該考慮用其他的方法實(shí)現(xiàn)。

4 一種嵌入式網(wǎng)絡(luò)接口的實(shí)現(xiàn)方案

　　基于因特網(wǎng)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的核心問題是如何實(shí)現(xiàn)嵌入式網(wǎng)絡(luò)接口。在眾多實(shí)現(xiàn)方案中,以ＭＣＵ為核心的實(shí)現(xiàn)方案,雖然實(shí)現(xiàn)起來有一定困難,仍因其極低的成本,受到格外重視。在此實(shí)現(xiàn)了一種網(wǎng)絡(luò)接口芯片與ＭＣＵ相結(jié)合的方案,如圖5所示。

RTL8019AS與硬件實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)接口芯片中,選用RTL8019AS。由臺(tái)灣Ｒｅａｌｔｅｋ公司生產(chǎn)的RTL8019AS以太網(wǎng)控制器,由于其優(yōu)良的性能、低廉的價(jià)格,使其在市場上的10Ｍｂｐｓ網(wǎng)卡中占有相當(dāng)?shù)谋壤?。使?051/52兼容單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)RTL8019AS的控制,電路圖如圖6所示。

　RTL8019AS采用8位數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶€模式(ＩＯＣＳ16接地, ＪＰ接高電平)。Ｐ0口通過地址鎖存器實(shí)現(xiàn)地址數(shù)據(jù)復(fù)用。Ｐ3.4片選RTL8019AS。數(shù)據(jù)收發(fā)不使用中斷驅(qū)動(dòng),全部由軟件查詢實(shí)現(xiàn)?；刂愤x擇引腳ＩＯＳ[3:0]空,Ｉ/Ｏ基地址為300Ｈ。使用雙絞線為通信介質(zhì),所使用的引腳有:ＴＰＩＮ+,ＴＰＩＮ-,ＰＯＵＴ+,ＴＰＯＵＴ-,連入耦合隔離變壓器ＦＢ2022,通過ＲＪ 45插頭實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)的連接。

　　通常ＴＣＰ/ＩＰ是指Ｉｎｔｅｒｎｅｔ協(xié)議簇,而不單單是ＴＣＰ/ＩＰ。因此,在8ｂｉｔＭＣＵ不大的ＲＯＭ空間里,不可能實(shí)現(xiàn)所有的ＴＣＰ/ＩＰ協(xié)議。考慮到嵌入式應(yīng)用中硬件系統(tǒng)的多樣性,完成特定功能的應(yīng)用程序也各不相同,因而軟件的設(shè)計(jì)在保證滿足功能前提下,最好短小,易于被移植,尤其是應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件應(yīng)具備一定的獨(dú)立性。因此,選擇ＴＣＰ/ＩＰ作為嵌入式網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議,同時(shí)必須對(duì)ＴＣＰ/ＩＰ協(xié)議簇根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行必要的刪減,即實(shí)現(xiàn)一個(gè)ｔｈｉｎＴＣＰ/ＩＰ協(xié)議簇。通常的ｔｈｉｎＴＣＰ/ＩＰ的層次結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)的ＴＣＰ/ＩＰ的一樣,也是四層結(jié)構(gòu)(圖7)。以太網(wǎng)接口層主要實(shí)現(xiàn)對(duì)以太網(wǎng)接口芯片的控制,ＩＰ層根據(jù)實(shí)際需要選擇實(shí)現(xiàn)ＡＲＰ(地址解析協(xié)議)、ＲＡＲＰ(反向地址解析協(xié)議)、ＩＣＭＰ(因特網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議)以及ＩＧＭＰ(網(wǎng)絡(luò)組管理協(xié)議)。傳輸層主要由ＴＣＰ(傳輸控制協(xié)議)和ＵＤＰ(用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)組成,在實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí),根據(jù)需要可只實(shí)現(xiàn)其中一個(gè)。ＣＩＰ(控制信息協(xié)議)是專為控制設(shè)備、基于對(duì)象的一種方法,它是獨(dú)立于特定網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用層協(xié)議,提供了訪問數(shù)據(jù)和控制設(shè)備操作的服務(wù)集。ＣＩＰ的制定需要根據(jù)具體應(yīng)用加以考慮,與通常協(xié)議的格式相似,也為“命令+數(shù)據(jù)”模式。

5 結(jié)束語

　　在信息技術(shù)廣泛使用的今天,采用基于因特網(wǎng)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)的嵌入式設(shè)備互連,是打破嵌入式設(shè)備聯(lián)網(wǎng)技術(shù)停滯僵局的一種較好選擇,可廣泛應(yīng)用于各種嵌入式設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)中。盡管在實(shí)現(xiàn)中遇到了許多困難,但這種廉價(jià)高速、使用廣泛的網(wǎng)絡(luò)必將極大地推動(dòng)嵌入式設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程。我國正處于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的初級(jí)階段,Ｉｎｔｅｒｎｅｔ正在以前所未有的速度向前發(fā)展,如果將初級(jí)階段稱作ＰｅｒｓｏｎａｌｔｏＰｅｒｓｏｎａｌ時(shí)代,那么未來的時(shí)代將是ＰｅｒｓｏｎａｌｔｏＤｅｖｉｃｅ,ＤｅｖｉｃｅｔｏＤｅｖｉｃｅ時(shí)代,隨著該時(shí)代的到來,智能將下移到設(shè)備,大量的嵌入式設(shè)備將連到Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上,并通過網(wǎng)絡(luò)相互通信,自動(dòng)操作,而無需人的干預(yù)?？梢韵胂?隨著儀表、控制器、執(zhí)行器、家電等嵌入式設(shè)備連到Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上,網(wǎng)上設(shè)備將是現(xiàn)在的數(shù)百倍、數(shù)千倍。與此同時(shí),隨著制造工藝的進(jìn)步,智能控制芯片和智能傳感器的成本越來越低,功能卻越來越強(qiáng)大,這使嵌入式微控制器與Ｉｎｔｅｒｎｅｔ連接的費(fèi)用降低到了完全可以接受的程度.嵌入式Internet,適應(yīng)了Internet發(fā)展的趨勢，可以預(yù)言，嵌入式設(shè)備與Internet的結(jié)合代表著嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的真正未來。

　　6 本文作者創(chuàng)新點(diǎn)

　　本文以嵌入式系統(tǒng)的接入網(wǎng)技術(shù)為重點(diǎn)，在分析嵌入式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接的結(jié)構(gòu)體系和協(xié)議層次基礎(chǔ)上，提出一種新型基于因特網(wǎng)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，并通過對(duì)其網(wǎng)絡(luò)接口的實(shí)現(xiàn)的實(shí)例，對(duì)網(wǎng)絡(luò)接口技術(shù)也做了詳細(xì)分析。