嵌入式系统TCPIP网络解决方案讲述.doc

嵌入式系统TCP/IP网络解决方案 梁志明（微02） 孔凡志（微02） 甘珏瑜 摘 要：以单片机为核心的嵌入式系统在TCP/IP网络中的数据传送技术，远程监控、数据传送方面的应用，提供一种具体的实现方法。 关键字：嵌入式系统 单片机 TCP/IP 一、综述 随着互联网应用的日益普及，以单片机应用系统为中心的小型嵌入式设备正成为当今电子界的热门话题。 本课题研究主要研究嵌入TCP/IP协议的单片机在网络通信中的数据传输技术。包括实现TCP/IP链路层中的直接链路数据传输，网络层中的IP协议、ARP地址解析协议，传输层的TCP传输控制协议、UDP用户数据报协议，以及应用层的HTTP、TELNET等网络协议。 这种嵌入了TCP/IP协议的单片机系统，为现有的互联网提供了一种价格低廉、硬件简单、相对完善的网络接入方案，在实际应用中更会体现传输速度快、使用方便等优点，并且有着广泛的应用前景，特别是数据采集、数据传输领域。 二、硬件设计 硬件设计上采用8位的单片机系统配以太网接口芯片来完成以太网的网络通讯。考虑到8位单片机的处理能力有限，以太网接口芯片也亦采用10M的接口芯片。设计中采用了Topstar公司的ISA口的10M网卡TE-2500B，芯片采用Realtek公司的RTL8019AS芯片。该芯片可以工作在8位总线模式下。单片机采用了Winbond公司的W78E58B，该芯片支持32K的程序代码，具有3个计数器和256字节的内部RAM。 单片机使用串行口与上位机通讯，上位机通过终端向单片机发送命令或者接受单片机处理后的数据。上位机与单片机间使用MAX232转换电平。 因为单片机需要处理大量的以太网数据报，所以大容量的RAM必不可少，设计中使用了HM62256作为单片机的扩展RAM，其大小为32K。总线连接上也留出地址线A15作为网卡地址选择。 完成的设计原理图见附录，现在对部分电路作详细介绍。 单片机部分 电路为扩展的数据存储器模式，单片机的工作频率为22.1184MHz，P0和P2端口用作数据及地址总线，P3.0(RXD)和P3.1(TXD)用作串行通讯，P3.2(/INT0)用作网卡的中断IRQ，P3.4用作网卡的冷复位RESET，P3.3和P3.5用作I2C总线的SDA和SCL，扩展的32K外部RAM(62256)使用地址（0x0000 - 0x7FFF）。 设计中留有了I2C总线，以便于扩充各种的串行器件，以适合不同的应用场合，目前的串行器件层出不穷，比如：E2PROM,串行DAC/ADC，串行时钟芯片等等。 未使用的P1端口保留给用户应用程序，在后面的WEB控制的Demo中，演示了如何利用WEB实现控制LED，该LED被连接到P1.7上。 图1 单片机部分电路 串行口部分 上位机使用是RS-232-C接口，接口电气特性(RS-232-C中任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。即：逻辑“1”，-5~-15V；逻辑“0” +5~+15V 。噪声容限为2V。)都与单片机的串行口电气特性不同，需要转换电路，该电路较简单，仅使用一片MAX232和4个电容。 图2 串口电平转换电路 网卡部分 图3 ISA网卡接口部分 ISA接口分为两个部分A,B和C,D部分。C,D部分为扩展部分，设计中只用到3个引脚，VDD、GND、/IOCS16。/IOCS16为16位IO选择引脚，在网卡复位时，该引脚为输入，通过R10下拉地，所以网卡在复位时选择为8位IO模式。 地址线和数据线都位于ISA的A,B部分，A0-A19为ISA网卡的地址线，D0-D7为网卡的数据线。我们所使用的8019网卡有3种配置方法：1.跳线模式，2.即插即用PP模式,3.串行Flash配置模式。PP模式用于PC机中，在我们的试验板上无法实现，能实现的为跳线模式和串行Flash配置模式，但Topstar的ISA的网卡并未在电路上提供硬跳线支持，对网卡作电路修改可能会影响网卡的正常工作，所以最后参照REALTEK公司所提供的RTL8019AS手册，使用串行Flash配置模式。设置网卡工作的 I/O：0x0240 -- 0x025F，使用中断Interrupt：IRQ9。 网卡的引脚33(RESET)连接到单片机的P3.4，引脚35(IRQ9)连接到单片机的/P3.2(INT0)，引脚44(/IOR),45(/IOW)连接到单片机的P3.7(/RD),P3.6(/WD)。 网卡使用的地址为20位，而单片机可提供的总线地址只有16位，我们无法把网卡直接挂于16位的总线上。我们使用的网卡的IO地址为0x240~0x25F共32个地址。 地址线 A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4