基于Internet的嵌入式網(wǎng)絡虛擬儀表硬件設計*

摘要： 本文闡述了以單片機和以太網(wǎng)控制芯片為核心的嵌入式網(wǎng)絡虛擬儀表的系統(tǒng)結構，詳細介紹了系統(tǒng)硬件設計。
關鍵詞： 虛擬儀表；單片機；RTL8019AS

引言

　　隨著計算機技術和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，利用嵌入式計算機系統(tǒng)和網(wǎng)絡技術，組成網(wǎng)絡嵌入式虛擬儀表，將處于不同地域的多個儀表組成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和統(tǒng)一管理，可大大提高儀表系統(tǒng)的功能。遠程虛擬儀表提出了一種全新的網(wǎng)絡儀表技術和方法，把Internet網(wǎng)絡技術、嵌入式技術、以及虛擬儀表技術結合起來，項目的研究以電網(wǎng)電量測量和分析的實際應用為目標。

　　從實現(xiàn)網(wǎng)絡虛擬儀表功能模塊化角度考慮，把網(wǎng)絡虛擬儀表分為虛擬儀表主機和嵌入式網(wǎng)絡虛擬儀表終端兩部分，本文主要討論應用AT89C52單片機，結合網(wǎng)絡控制芯片RTL8019AS和測量、信號轉換、鍵盤/顯示等部件，實現(xiàn)遠程控制和測量的嵌入式網(wǎng)絡虛擬儀表終端的硬件設計，總體結構框圖如圖1所示，該系統(tǒng)由單片機、通信協(xié)議控制模塊、液晶顯示模塊、鍵盤控制模塊、存儲擴展模塊、串行A/D、D/A轉換模塊、以及接口擴展模塊構成。

系統(tǒng)硬件設計

通信協(xié)議控制電路

圖1 系統(tǒng)總體框圖

　　通信協(xié)議控制電路由網(wǎng)絡控制器RTL8019AS、串行EEPROM 93LC66、帶濾波的RJ45接口組成(見圖2)。

圖2 通信協(xié)議控制電路

　　RTL8019AS主要實現(xiàn)通信協(xié)議控制，內(nèi)部有遠程DMA接口、本地DMA接口、MAC(介質訪問控制)邏輯、數(shù)據(jù)編解碼邏輯和其他端口。遠程DMA接口是指單片機對RTL8019AS內(nèi)部RAM進行讀寫的總線，單片機收發(fā)數(shù)據(jù)只需對遠程DMA操作。本地DMA接口是RTL8019AS與網(wǎng)線的連接通道，完成控制器與網(wǎng)線的數(shù)據(jù)交換。

　　MAC邏輯完成以下功能：當單片機向網(wǎng)上發(fā)送數(shù)據(jù)時，先將一幀數(shù)據(jù)通過遠程DMA通道送到RTL8019AS中的發(fā)送緩存區(qū)，然后發(fā)出傳送命令，當RTL8019AS完成了上一幀的發(fā)送后，再開始此幀的發(fā)送；RTL819接收到的數(shù)據(jù)通過MAC比較、CRC校驗后，由FIFO存到接收緩沖區(qū)；收滿一幀后，以中斷或寄存器標志的方式通知主處理器。FIFO邏輯對收發(fā)數(shù)據(jù)作16字節(jié)的緩沖，以減少對本地DMA請求的頻率。                

　　RTL8019AS內(nèi)部有兩塊RAM區(qū)。一塊16K字節(jié)，地址為0x4000～0x7fff；一塊32字節(jié)，地址為0x0000～0x001f。RAM按頁存儲，每256字節(jié)為一頁。一般將RAM的前12頁(即0x4000～0x4bff)存儲區(qū)作為發(fā)送緩沖區(qū)；后52頁(即0x4c00～0x7fff)存儲區(qū)作為接收緩沖區(qū)。要接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包就必須通過DMA讀寫RTL8019AS內(nèi)部的16KB RAM。它實際上是雙端口的RAM，是指有兩套總線連接到該RAM，一套總線RTL8019AS讀或寫該RAM，即本地DMA；另一套總線是單片機讀或寫該RAM，即遠程DMA。

　　89C52通過P2.7、/WR、/RD來劃分RTL8019AS和62256的地址空間。P2.7接62256的/CE引腳，低電平時選擇62256；高電平時選擇RTL8019AS的地址空間。