用51單片機實現(xiàn)串口-以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器
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將嵌入式系統(tǒng)與Internet相連的主要困難在于：Internet上面的各種通信協(xié)議對于存儲器、運算速度等的要求比較高，而嵌入式系統(tǒng)中除部分32位處理器以外，大量存在的是8位和16位MCU，支持TCP/IP等Internet協(xié)議將占用大量系統(tǒng)資源，從而影響本來的功能或根本不可能實現(xiàn)。
本文根據(jù)所做項目需要,用8031單片機和RTL8019AS網(wǎng)卡實現(xiàn)了RS485串口設(shè)備數(shù)據(jù)文件通過以太網(wǎng)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端計算機的功能。
1 串行通訊
串行通訊在通訊領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口已成為計算機、計算機外設(shè)、交換機和許多通訊設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)接口。在我國工業(yè)總線的應(yīng)用中，RS-485、RS-422使用最為普遍。
在串行接口連接中，按連接方式可分為面向連接和無連接。無連接原理比較簡單，通訊雙方無握手過程。一方如有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，則立即通過串行接口發(fā)送出去，另一方被動接受。該方式能夠達(dá)到較高的通訊速率，但不能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，只用于一些對?shù)據(jù)可靠性要求不高的場合，如語音、圖像等。而面向通訊過程則不同，在甲方有數(shù)據(jù)發(fā)送請求時，則向乙方發(fā)送“請求發(fā)送數(shù)據(jù)”命令。乙方收到后，如準(zhǔn)備就緒，則回送確認(rèn)信息。甲方得到乙方的確認(rèn)后方可發(fā)送數(shù)據(jù)。在大多數(shù)情況下，乙方要對收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗，校驗正確發(fā)送“通訊終止”命令，否則可發(fā)送“重發(fā)”命令。面向連接的串行通訊過程實踐起來通常要復(fù)雜得多，通常用于數(shù)據(jù)文件的傳輸。
2 以太網(wǎng)的物理傳輸幀
標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3幀結(jié)構(gòu)有七部分組成，如表1所示。其中除了數(shù)據(jù)域的長度不固定外，其他的長度都是固定不變的。在發(fā)送數(shù)據(jù)時，幀頭、起始位和校驗位都是網(wǎng)卡自動添加的；在接收數(shù)據(jù)時，幀頭和起始位將被網(wǎng)卡自動跳過，即網(wǎng)卡一旦檢測到有效幀頭和幀起始位,就認(rèn)為有效數(shù)據(jù)開始,并將有效數(shù)據(jù)存入接收緩沖環(huán)。
3 以太網(wǎng)卡
RTL8019AS網(wǎng)卡是8/16位ISA總線的網(wǎng)卡，遵循的標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議為IEEE802.3。按功能可將其劃分為接收功能模塊、CRC產(chǎn)生模塊、發(fā)送功能模塊、地址識別模塊、FIFO控制模塊、協(xié)議邏輯陣列模塊以及DMA和緩沖控制模塊等部分。對網(wǎng)卡進(jìn)行編程就可以實現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)任意站點之間的通信而不需要網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的支持。
熟悉網(wǎng)卡接口電路是實現(xiàn)對網(wǎng)卡編程的首要條件。網(wǎng)卡接口電路可分為兩部分，一是與計算機ISA總線相連，包括數(shù)據(jù)總線讀寫、地址總線驅(qū)動、中斷控制信號的產(chǎn)生、存儲器讀寫信號以及I/O端口讀寫信號的引入等；二是對網(wǎng)卡內(nèi)部的操作，包括對緩沖RAM的讀寫、對RTL8019AS的控制、讀站地址PROM以及讀自舉ROM等。ISA總線共有98個信號，但通過對網(wǎng)卡工作原理的分析，我們可以將接口信號線減至最少。表2是驅(qū)動RTL8019AS網(wǎng)卡所需的最少的信號線。
4 硬件框圖
系統(tǒng)采用8031作為CPU主芯片，使用32K字節(jié)的外部存儲器62256來存放以太網(wǎng)包（最大可以有1500字節(jié)）和串行數(shù)據(jù)， 8K字節(jié)的2764存放程序，用75176與485總線通訊。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)與地址總線分別與網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)與地址總線相連。硬件框圖如圖1所示。
5 軟件設(shè)計
對網(wǎng)卡的編程就是對網(wǎng)絡(luò)接口控制器（NIC）RTL8019AS中各種寄存器進(jìn)行編程控制，從而完成數(shù)據(jù)分組的正確發(fā)送和接收。所有程序采用Franclin C51語言編制，具有可讀性強，移植性好，開發(fā)周期短的特點。即使在代碼的使用效率上，也完全可以和匯編語言相比。
5.1 主程序
主程序可分為網(wǎng)絡(luò)通訊和串行通訊兩部分。網(wǎng)絡(luò)通訊過程又可分為網(wǎng)卡初始化、發(fā)送控制和接收控制等三部分。主程序框圖如圖2所示。
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