基于單片機(jī)的以太網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)及網(wǎng)絡(luò)性能分析

［摘　要］　介紹以太網(wǎng)控制芯片RTL8019AS，并設(shè)計(jì)在有限存儲(chǔ)空間的單片機(jī)中嵌入TCP／IP協(xié)議的以太網(wǎng)接入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了RS－485現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)設(shè)備通過(guò)嵌入TCP／IP單片機(jī)系統(tǒng)接入以太網(wǎng)，完成PC機(jī)與終端設(shè)備的遠(yuǎn)程通信和控制，最后對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行測(cè)試分析，取得了滿(mǎn)意的效果。
［關(guān)鍵詞］　單片機(jī)；以太網(wǎng)；RTL8019AS芯片；TCP／IP協(xié)議；網(wǎng)絡(luò)性能分析

1　引　言　　
　　互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)硬件、軟件的迅猛發(fā)展，使得網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)呈指數(shù)增長(zhǎng)，在電子設(shè)備日趨網(wǎng)絡(luò)化的背景下，越來(lái)越多的嵌入式應(yīng)用需要支持網(wǎng)絡(luò)功能。 TCP／IP是一套把因特網(wǎng)上的各種系統(tǒng)互連起來(lái)的協(xié)議組，成為事實(shí)上最常用的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)之一。在使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的同時(shí)，各種家電設(shè)備、儀器儀表以及工業(yè)生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備在逐步地走向網(wǎng)絡(luò)化，以便共享網(wǎng)絡(luò)中龐大的信息資源。只要那些設(shè)備上實(shí)現(xiàn)了TCP／IP協(xié)議并增加一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，就可方便地接入到現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)中。考慮到單片機(jī)成本低廉，利用TCP／IP協(xié)議中的UDP（用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）、IP（網(wǎng)絡(luò)報(bào)文協(xié)議）、ARP（地址解析協(xié)議）及簡(jiǎn)單的應(yīng)用層協(xié)議，根據(jù)應(yīng)用的需要做相應(yīng)的裁減，文中將介紹用AT90S8515單片機(jī)與10Mbps以太網(wǎng)控制器芯片RTL8019AS設(shè)計(jì)嵌入式TCP／IP單片機(jī)系統(tǒng)，成功地實(shí)現(xiàn)了RS－485現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)設(shè)備通過(guò)嵌入TCP／IP的單片機(jī)系統(tǒng)接入以太網(wǎng)，完成PC 機(jī)與終端設(shè)備的遠(yuǎn)程通信和控制，最后對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行分析。
2　以太網(wǎng)控制器RTL8019AS簡(jiǎn)介　　
　　RTL8019AS是臺(tái)灣REALTEK公司生產(chǎn)的基于ISA總線(xiàn)的10 Mbps以太網(wǎng)控制器芯片。由于其優(yōu)良的性能、低廉的價(jià)格，使其在市場(chǎng)上10Mbps網(wǎng)卡中占有相當(dāng)?shù)姆蓊~。
主要性能：
　?。?）符合EthernetⅡ與IEEE802．3（10Base5、10Base2、10BaseT）標(biāo)準(zhǔn)；
（2）支持全雙工，收發(fā)可同時(shí)達(dá)到10Mbps速率；
　?。?）16KB片內(nèi)SRAM，用于收發(fā)緩沖，降低對(duì)主處理器的速度要求；
　?。?）支持8／16位數(shù)據(jù)總線(xiàn)，8個(gè)中斷請(qǐng)求線(xiàn)以
（6）支持跳線(xiàn)和非跳線(xiàn)模式；
（7）允許4個(gè)診斷LED引腳可編程輸出；
（8）100腳的PQFP封裝。
　　該芯片功能很強(qiáng)，它集成介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)子層（MAC）和物理層的功能，對(duì)RTL8019做了很大改進(jìn)，處理能力更強(qiáng)，操作更靈活。但與一般單片機(jī)接口時(shí)，只需要用到其中一部分即可完成網(wǎng)絡(luò)通信功能，其它引腳懸空。
3　與AT90S8515單片機(jī)系統(tǒng)的接口電路
　　該文選用AT90S8515單片機(jī)，與8051系列單片機(jī)相比，具有系統(tǒng)內(nèi)可編程8KFLASH，內(nèi)部集成了在片512字節(jié)EEPROM和512字節(jié)SRAM，使用精簡(jiǎn)指令集，編寫(xiě)程序簡(jiǎn)練，調(diào)試程序方便。
　　系統(tǒng)硬件連接如圖3―1所示，系統(tǒng)提供RJ45接口連接Ethernet網(wǎng)絡(luò)，提供一個(gè)RS－485接口與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸和設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

　　AT90S8515單片機(jī)所提供的接口信號(hào)線(xiàn)為：PA口的8位數(shù)據(jù)總線(xiàn)D0～D7、5根地址線(xiàn)A8～A12、讀信號(hào)線(xiàn)RD、寫(xiě)信號(hào)線(xiàn)WR、2根控制線(xiàn) PB0、PB1。這些信號(hào)線(xiàn)與RTL8019AS的各信號(hào)線(xiàn)對(duì)應(yīng)連接。其中，RTL8019AS的IOCS16B接下拉電阻，使芯片工作在8位總線(xiàn)方式，復(fù)位通過(guò)PB0控制，PB1片選地址使能。時(shí)鐘電路為單片機(jī)8MHz和網(wǎng)絡(luò)芯片20MHz。在現(xiàn)場(chǎng)控制端，需要一個(gè)RS－232轉(zhuǎn)RS－485的485芯片（WM485），在網(wǎng)絡(luò)接入端需要一個(gè)網(wǎng)絡(luò)隔離濾波器（FM2146），這樣接口電路設(shè)計(jì)完成，然后計(jì)算并分配地址空間，編寫(xiě)匯編程序。該系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)芯片在單片機(jī)中地址映射空間為80××H－0x9F××H，網(wǎng)絡(luò)芯片的內(nèi)部I／O基地址為300H。
　　對(duì)設(shè)計(jì)電路的幾點(diǎn)說(shuō)明，RTL8019AS的JP引腳接高電平，使芯片工作在跳線(xiàn)模式；沒(méi)有使用地址鎖存器，直接用地址數(shù)據(jù)復(fù)用口讀寫(xiě) RTL8019AS數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)芯片只用到5位地址線(xiàn)，沒(méi)有沖突；系統(tǒng)采用查詢(xún)工作方式，沒(méi)有連接中斷信號(hào)線(xiàn)，簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)。