基于AVR的網(wǎng)絡(luò)用具接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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家庭網(wǎng)絡(luò)是指融合控制網(wǎng)絡(luò)和多媒體信息網(wǎng)絡(luò)于一體的家庭信息化平臺(tái)，是在家庭范圍內(nèi)。實(shí)現(xiàn)各種電子設(shè)備互聯(lián)和管理的系統(tǒng)。一個(gè)典型的家庭網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示．一般由一個(gè)家庭網(wǎng)關(guān)(home gateway或resident gateway)和若干個(gè)網(wǎng)絡(luò)用具(network apphanees)組．成。組網(wǎng)的方式可以是有線的，也可以是無(wú)線的，可采用TCP/IP、以太網(wǎng)方案、xlO電力線方案、Zigbee、超寬帶(Ultra Wide Band，簡(jiǎn)稱uwB)通信、近場(chǎng)通信(Near Field Communication，NFC)、藍(lán)牙等方式。
圖1家庭網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
家庭網(wǎng)關(guān)是網(wǎng)絡(luò)的管理控制核心，負(fù)責(zé)把家庭中彼此孤立分散的子網(wǎng)系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)用具終端設(shè)備互聯(lián)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)信息的交互和共享，同時(shí)作為家庭內(nèi)網(wǎng)和外部網(wǎng)連接的樞紐，以滿足內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)的信息交互。網(wǎng)絡(luò)用具，又稱網(wǎng)絡(luò)家電、信息家電，在IETF草案中按功能把它分成胖網(wǎng)絡(luò)用具(fat IPA)和瘦網(wǎng)絡(luò)用具(Thin IPA)兩種。功能比較復(fù)雜的胖網(wǎng)絡(luò)用具定義為：IPA=
[network interface][apphcation control][I/O control]。即具備網(wǎng)絡(luò)接口和控制本地系統(tǒng)的I/O端口，并具有嵌入式應(yīng)用程序的設(shè)備。家用電器如冰箱、空調(diào)等需要實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能，一般需要有網(wǎng)絡(luò)接口和I/O端口控制功能，同時(shí)需要開(kāi)發(fā)m控制應(yīng)用程序，就成為了胖網(wǎng)絡(luò)用具；家用電器如燈、門等實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單控制功能，只要具備網(wǎng)絡(luò)接口和I/O端口控制功能，它們就是瘦網(wǎng)絡(luò)用具。
可見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)用具實(shí)際上是指包含一個(gè)網(wǎng)絡(luò)處理器并具備特定功能的消費(fèi)設(shè)備，郎在傳統(tǒng)家用電器中加入網(wǎng)絡(luò)接口使之成為具有遠(yuǎn)程遙控、信息訪問(wèn)、獲取、存儲(chǔ)以及聯(lián)網(wǎng)等功能的信息家電，如此—來(lái)，我們不僅可以在本地對(duì)家電進(jìn)行控制，還可以通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制家電，家電也可以把自身的狀態(tài)信息上報(bào)到家庭網(wǎng)關(guān)中?？梢院?jiǎn)單地認(rèn)為，普通的家用電子設(shè)備增加一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，就可以成為網(wǎng)絡(luò)用具。因此，網(wǎng)絡(luò)用具的網(wǎng)絡(luò)接口是家用電子設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化的關(guān)鍵部件。
本文提出—種網(wǎng)絡(luò)用具網(wǎng)絡(luò)接1：3的。方案，在本方案中．組網(wǎng)力式基于以太網(wǎng)的TCP/IP，硬件采用ATMEL公司的AVR單片機(jī)和RTL8019以太網(wǎng)芯片。該方案成本低，便于組網(wǎng)，易于實(shí)現(xiàn)。
2 網(wǎng)絡(luò)用具接口的硬件設(shè)計(jì)
2．1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
網(wǎng)絡(luò)用具接口硬件結(jié)構(gòu)如圖2，可以看到網(wǎng)絡(luò)用具通過(guò)10口與AVR單片機(jī)通訊，單片機(jī)中內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧，會(huì)話層、傳輸層在單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)，RTL8019AS實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層和物理的功能。
圖2網(wǎng)絡(luò)用具接口硬件結(jié)構(gòu)圖
當(dāng)家庭網(wǎng)關(guān)控制網(wǎng)絡(luò)用具時(shí)，數(shù)據(jù)通過(guò)帶隔離變壓器的RJ45接口．進(jìn)入RTL8019AS的緩沖區(qū)，經(jīng)RTL8019AS處理后被單片機(jī)讀入到單片機(jī)的RAM暫存，暫存的數(shù)據(jù)通過(guò)IO口或RS-232串口傳送到剛絡(luò)用具，在向家庭嘲關(guān)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)用具經(jīng)IO口或RS-232串口發(fā)送數(shù)據(jù)包至單片機(jī)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，把數(shù)據(jù)打包，然后通過(guò)遠(yuǎn)程DMA操作將組幀后的數(shù)據(jù)寫(xiě)入到RTL8019AS的內(nèi)部SRAM，再經(jīng)RJ45接口發(fā)送給家庭網(wǎng)關(guān)。如此，就實(shí)現(xiàn)了家庭網(wǎng)關(guān)與家電的雙向通訊，以及家電設(shè)備連接到Internet。
2．2硬件電路設(shè)計(jì)
硬件連接圖如下：
圖3MCU與RTL8019AS硬件連接圖
這里選用的控制芯片是AVR單片機(jī)。本項(xiàng)目所用的單片機(jī)ATMEGA32L是一款高性能低功耗AVR8位單片機(jī)。這款芯片有32K的FLASH，足夠燒寫(xiě)TCP/IP協(xié)議棧。
RTL8019AS是REALTEAK公司的一款10M以太網(wǎng)芯片，內(nèi)部嵌入16KB的SRAM，它用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的物理層協(xié)議，主要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)卡和網(wǎng)絡(luò)電纜的物理連接．介質(zhì)訪問(wèn)控制(MAC)，數(shù)據(jù)幀的開(kāi)拆，數(shù)據(jù)幀的發(fā)送和接收，錯(cuò)誤校驗(yàn)、數(shù)據(jù)信號(hào)的編，解碼以及數(shù)據(jù)的串/并變換。
評(píng)論