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嵌入式光纤收发器远程监控论文 摘要：基于ARM芯片LPC2214与网络芯片RTL8019AS的串口网络转换器，并嵌入实时操作系统uC/OS，在不改变原有光纤收发器结构的基础上，为其添加网络监控接口，从而实现其远程监控。 关键词：IP113F；ARM；RTL8019AS；uC/OS；TCP/IP；以太网 1IP113F芯片简介 IP113F芯片是ICPlus公司生产的一款具有网管功能、超低功耗的光纤收发器。内置专为收发器设计的两口交换机内核，支持纯收发器模式，全/半双工模式均可采用相应的流量控制，支持单/多模光纤转换，支持3.3VI/O，并可通过SMI（MDC,MDIO）和IC内部MII接口对两组独立寄存器进行操作，监控或重新设置本地或远端光纤收发器的工作状态。用户可以通过串行管理接口MDC（管理数据同步时钟输入接口）和MDI0（双向管理指令接口）来访问MII寄存器，MDI0是信号线，MDC是时钟线，一个管理单元最多可同时外挂32个IP113F。数据在MDI0上是一位位传输的，是发生在MDC的上升沿跳变，MDI0上的数据通信协议如表1所示。当SMI处于空闲状态时，MDI0则处于高阻态。管理单元在MDI0上发送32位连续的“1”和“01”信号来初始化MDI0接口。 2整体功能设计 系统的基本功能是32台光纤收发器同时通过同一SMI口网络转换器与远程的上位机进行通信（如图1所示）。转换器完成的具体工作是接收光端机发送过来的测试数据，自动识别其长度和来源，将其转化为网络数据格式，通过以太网发送到上位机，同时接收上位机通过以太网发送过来的控制信息，并自动识别其发送的目标，通过SMI口发送给相应的光纤收发器。根据实际需要，可以在上位机通过以太网配置SMI口网络转换器的IP地址。 3硬件结构设计 转换器的硬件电路主要选用基于ARM7内核的嵌入式处理器LPC2214芯片进行整体控制，LPC2214芯片带有256KB的高速FLASH，并带有16K片内SRAM，为了满足通信过程中的数据缓存和一定的系统运行空间，片外扩展了512K字节的SRAM（IS61LV25616AL）。片外通过IIC总线扩展了256字节的EEPROM（CAT24WC02）用于保存好已设置的IP地址。选用10M全双工以太网控制器RTL8019AS芯片完成网络通讯功能，与外界的通讯口选用UTPRJ-45接口，HR61101芯片充当网卡变压器。采用通用的I/O口P0.5和.P0.6模拟SIM口的时序对IP113F进行数据采集，电路整体设计如图2。 4系统软件设计与实现 4.1引入RTOS 光纤收发器数据采集的实时性要求比较高，若采用传统的前后台设计方法会显的过于复杂，且实时性不能保证。解决这个问题的最好方法是采用实时操作系统RTOS。uC/OS-Ⅱ操作系统是一种源代码公开的嵌入式操作系统，具有代码短小精悍，简单易学的特点，对本设计是一个理想的选择。 uC/OS-Ⅱ完全是占先式的实时内核，基于优先级，即总是让就绪态中优先级最高的任务先运行，因此实时性比非占式的内核好。其大部分代码是用C语言编写的，可移植性强，可以在大多数8位、16位、32位以至64位微处理器上运行。uC/OS-Ⅱ在LPC2214上的移植可参考文献［2］。 4.2TCP/IP协议的选择与裁减 为使SMI口转换器具有以太网接人功能，必须在ARM处理器中嵌人TCP/IP协议，参考开放系统互连(OSI)模型，在ARM中嵌人的TCP/IP协议采用简化的四层模型，即链路层、网络层、传输层、应用层。根据实际需求，结合ARM微处理器的处理能力，设计中对完整的TCP/IP协议进行了全方位裁减。 （1）链路层。由控制同一物理网络上的不同机器间数据传送的底层协议组成。RTL8019AS的驱动程序就是在该层实现的。 （2）网络层。保留了完整的IP协议，对ARP协议进行简化，对于ARP包只响应ARP请求，取消RARP，只维护最简单的一个IP地址与MAC地址的映射Cache表，定时刷新。 （3）在传输层，用于工业现场一般采用TCP或UDP协议，TCP协议提供了一种可靠的面向连接的字节流运输层服务，而UDP协议是一个简单的面向非连接的数据报的运输层协议，考虑到所设计的系统数据传输的安全性，设计中选用TCP协议。 （4）在应用层，裁剪掉HTTP协议，通过将控制界面设置在上位机上来代替其功能。 通过上述裁剪，把TCP/IP协议嵌入到操作系统uC/OS-Ⅱ中，并提供API接口函数供应用程序调用，使得ARM可以快速无冲突地收