資料介紹
引言
在網絡技術應用日益廣泛的今天,網絡傳輸是最經濟有效的數據傳輸方式。如何利用廉價的51單片機來 控制網卡芯片進行數據傳輸,加載TCP/IP協議連接到互聯網,實現網絡通信成了眾多設計者的目標。但由于指令及資源的限制,實施過程會有許多困難。我們 在設計方案中舍棄了耗費資源的高級協議,采用發送小數據包的方式以避免分段,來簡化TCP協議和UDP協議,實現互聯接入。
硬件設計與實現
系統的硬件結構框圖如圖1所示。本系統的微控制器是Winbond公司的78E58,網絡接口芯片是與NE2000系列兼容的Realtek公司的 RTL8019AS.RTL8019AS內置了10BASE-T收發器,外接一個隔離LPF濾波器,經RJ-45接口輸出。外部RAM是 62256,24C02是I2C總線的 EEPROM.
▲ 圖1 嵌入式協議轉換硬件框圖
系統的軟件設計與實現
為適應上網的需求,系統軟件設計主要包括兩部分內容:一是要執行對RTL8019AS等的控制功能,二是要執行與連接Internet相關的功能,實現TCP/IP協議。本文著重介紹第二部分,主程序采用C51語言編寫。
RTL8019AS初始化
要將嵌入式系統接入以太網,首先要設置RTL8019AS的工作方式和工作狀態,分配收發數據的緩沖區,通過對地址及數據口的讀寫來完成以太網幀的接收 與發送。然后設置RTL8019AS的工作參數,亦即設置內部控制寄存器。對RTL8019AS的工作參數進行設置完畢后,進入正常工作狀態,接下來就讀 寫RTL8019AS的RAM以完成數據包的接收和發送。由于篇幅有限,這里就不再詳述。
TCP/IP模型
TCP/IP協議是一套把Internet上的各種系統互連起來的協議族,保證Internet上數據的準確快速傳輸。TCP/IP通常采用一種簡化的四層模型:應用層、傳輸層、網絡層、鏈路層。
本系統中,應用層傳遞來自以太網和數據終端的數據,并對數據報作打包拆包處理。傳輸層采用傳輸控制協議TCP或用戶數據協議UDP.網絡層實現IP協 議,還要實現能報告數據傳輸差錯等情況的ICMP協議。鏈路層部分由RTL8019AS完成,鏈路層由控制同一物理網絡上的不同機器間數據傳送的底層協議 組成。
在單片機里只實現與需要有關的部分,而不使用的協議則一概不支持。單片機應用的TCP/IP協議大多是為了完成數據采集和數據傳輸,而不需要網頁瀏覽、文件傳輸這些功能。
ARP協議(地址解析協議)
以太網是TCP/IP協議主要采用的局域網技術,是系統接入Internet的基礎。ARP本質是完成網絡地址到以太網物理地址的動態映射。UNIX系統的ARP協議支持以太網、令牌環等網絡,但我們的單片機系統里只支持以太網。
IP協議(網際協議)
IP是TCP/IP協議族中最為核心的協議。所有的TCP、UDP、ICMP及IGMP數據都以IP數據報格式傳輸。就對某些協議而言,IP包最大可以 為65K,可以分段傳輸,而在單片機里根本無法容納如此大的數據包,因此一般是不支持分段的。我們的設計中采用發送小數據包的方式,以避免分段。
TCP協議(傳輸控制協議)
TCP數據封裝在一個IP數據報中,并具有自己的TCP首部, TCP協議定義十分復雜,鑒于51單片機的片內資源十分有限,本系統對TCP協議進行了一定的簡化處理。標準的TCP協議使用慢啟動的滑動窗口機制,如果 只使用單個窗口,就變成了一種簡單確認的處理方法。即只需對單個數據報發送和確認,節約了系統資源,也使維護更加方便。
編程實現TCP協議的另一個難點在于TCP建立連接和終止連接的具體過程的實現。TCP協議是一個面向連接的協議,連接的雙方無論是哪一方向另一方發送數據,都必須先通過“三次握手”過程在雙方之間建立一條連接,和通過“四次握手”終止連接。
連接建立后,TCP就可以發送數據塊,稱為數據段。當TCP發出一個段后,它啟動一個定時器,等待目的端確認收到這個報文段。如果不能及時收到一個確認,將重發這個報文段。另外,TCP將保持它首部和數據的檢驗和
系統主應用程序的實現
系統初始化后,進入主程序循環的兩部分:一是對接收到的以太網數據幀進行解包,供應用程序使用,一是對發送的數據進行封裝并發送,使采用TCP/IP協議的以太網內的所有計算機都能收到此數據幀。圖2是系統的主應用程序的流程圖。
▲ 圖2 系統的主應用程序的流程圖
在網絡技術應用日益廣泛的今天,網絡傳輸是最經濟有效的數據傳輸方式。如何利用廉價的51單片機來 控制網卡芯片進行數據傳輸,加載TCP/IP協議連接到互聯網,實現網絡通信成了眾多設計者的目標。但由于指令及資源的限制,實施過程會有許多困難。我們 在設計方案中舍棄了耗費資源的高級協議,采用發送小數據包的方式以避免分段,來簡化TCP協議和UDP協議,實現互聯接入。
硬件設計與實現
系統的硬件結構框圖如圖1所示。本系統的微控制器是Winbond公司的78E58,網絡接口芯片是與NE2000系列兼容的Realtek公司的 RTL8019AS.RTL8019AS內置了10BASE-T收發器,外接一個隔離LPF濾波器,經RJ-45接口輸出。外部RAM是 62256,24C02是I2C總線的 EEPROM.
▲ 圖1 嵌入式協議轉換硬件框圖
系統的軟件設計與實現
為適應上網的需求,系統軟件設計主要包括兩部分內容:一是要執行對RTL8019AS等的控制功能,二是要執行與連接Internet相關的功能,實現TCP/IP協議。本文著重介紹第二部分,主程序采用C51語言編寫。
RTL8019AS初始化
要將嵌入式系統接入以太網,首先要設置RTL8019AS的工作方式和工作狀態,分配收發數據的緩沖區,通過對地址及數據口的讀寫來完成以太網幀的接收 與發送。然后設置RTL8019AS的工作參數,亦即設置內部控制寄存器。對RTL8019AS的工作參數進行設置完畢后,進入正常工作狀態,接下來就讀 寫RTL8019AS的RAM以完成數據包的接收和發送。由于篇幅有限,這里就不再詳述。
TCP/IP模型
TCP/IP協議是一套把Internet上的各種系統互連起來的協議族,保證Internet上數據的準確快速傳輸。TCP/IP通常采用一種簡化的四層模型:應用層、傳輸層、網絡層、鏈路層。
本系統中,應用層傳遞來自以太網和數據終端的數據,并對數據報作打包拆包處理。傳輸層采用傳輸控制協議TCP或用戶數據協議UDP.網絡層實現IP協 議,還要實現能報告數據傳輸差錯等情況的ICMP協議。鏈路層部分由RTL8019AS完成,鏈路層由控制同一物理網絡上的不同機器間數據傳送的底層協議 組成。
在單片機里只實現與需要有關的部分,而不使用的協議則一概不支持。單片機應用的TCP/IP協議大多是為了完成數據采集和數據傳輸,而不需要網頁瀏覽、文件傳輸這些功能。
ARP協議(地址解析協議)
以太網是TCP/IP協議主要采用的局域網技術,是系統接入Internet的基礎。ARP本質是完成網絡地址到以太網物理地址的動態映射。UNIX系統的ARP協議支持以太網、令牌環等網絡,但我們的單片機系統里只支持以太網。
IP協議(網際協議)
IP是TCP/IP協議族中最為核心的協議。所有的TCP、UDP、ICMP及IGMP數據都以IP數據報格式傳輸。就對某些協議而言,IP包最大可以 為65K,可以分段傳輸,而在單片機里根本無法容納如此大的數據包,因此一般是不支持分段的。我們的設計中采用發送小數據包的方式,以避免分段。
TCP協議(傳輸控制協議)
TCP數據封裝在一個IP數據報中,并具有自己的TCP首部, TCP協議定義十分復雜,鑒于51單片機的片內資源十分有限,本系統對TCP協議進行了一定的簡化處理。標準的TCP協議使用慢啟動的滑動窗口機制,如果 只使用單個窗口,就變成了一種簡單確認的處理方法。即只需對單個數據報發送和確認,節約了系統資源,也使維護更加方便。
編程實現TCP協議的另一個難點在于TCP建立連接和終止連接的具體過程的實現。TCP協議是一個面向連接的協議,連接的雙方無論是哪一方向另一方發送數據,都必須先通過“三次握手”過程在雙方之間建立一條連接,和通過“四次握手”終止連接。
連接建立后,TCP就可以發送數據塊,稱為數據段。當TCP發出一個段后,它啟動一個定時器,等待目的端確認收到這個報文段。如果不能及時收到一個確認,將重發這個報文段。另外,TCP將保持它首部和數據的檢驗和
系統主應用程序的實現
系統初始化后,進入主程序循環的兩部分:一是對接收到的以太網數據幀進行解包,供應用程序使用,一是對發送的數據進行封裝并發送,使采用TCP/IP協議的以太網內的所有計算機都能收到此數據幀。圖2是系統的主應用程序的流程圖。
▲ 圖2 系統的主應用程序的流程圖
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