單片機網(wǎng)絡通信技術分析論文

1、編號：時間：2021年X月X日書山有路勤為徑，學海無涯苦作舟頁碼：第4頁共5頁單片機網(wǎng)絡通信技術分析論文摘要:介紹了嵌入式TCP/IP協(xié)議單片機在網(wǎng)絡通信中的數(shù)據(jù)傳輸技術。將TCP/IP協(xié)議嵌入式單片機中，借助網(wǎng)卡芯片CS8900實現(xiàn)了單片機在局域網(wǎng)內 和通過局域網(wǎng)在因特網(wǎng)上的數(shù)據(jù)傳輸。用戶終端以單片機系統(tǒng)板為媒介，通過網(wǎng) 絡與遠程數(shù)據(jù)終端實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。關鍵詞：TCP/IP協(xié)議單片機因特網(wǎng)局域網(wǎng)網(wǎng)卡芯片在因特網(wǎng)上，TCP/IP協(xié)議每時每刻保證了數(shù)據(jù)的準確傳輸。在數(shù)據(jù)采 集領域，如何利用TCP/IP協(xié)議在網(wǎng)絡中進行數(shù)據(jù)傳輸成為一個炙手可熱的話題。 在本系統(tǒng)中，筆者利用TCP/IP協(xié)議中的UDP

2、（用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）、IP （網(wǎng)絡報文 協(xié)議）、ARP （地址解析協(xié)議）及簡單的應用層協(xié)議成功地實現(xiàn)了單片機的網(wǎng)絡互連，既提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣龋瑏V保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，同時也擴展了數(shù) 據(jù)傳輸?shù)挠行О霃健?TCP/IP協(xié)議簡介TCP/IP協(xié)議是一套把因特網(wǎng)上的各種系統(tǒng)互連起來的協(xié)議組，保證因 特網(wǎng)上數(shù)據(jù)的準確快速傳輸。參考開放系統(tǒng)互連（OSI）模型，TCP/IP通常采用 一種簡化的四層模型，分別為：應用層、傳輸層、網(wǎng)絡層、鏈路層。（1）應用層網(wǎng)絡應用層要有一個定義清晰的會話過程，如通常所說的Http. Ftp、 Telnet等。在本系統(tǒng)中，單片機系統(tǒng)傳遞來自Ethernet和數(shù)據(jù)終端的數(shù)據(jù)，應用

3、 層只對大的數(shù)據(jù)報作打包拆報處理。（2）傳輸層傳輸層讓網(wǎng)絡程序通過明確定義的通道及某些特性獲取數(shù)據(jù)，如定義 網(wǎng)絡連接的端口號等，實現(xiàn)該層協(xié)議的傳輸控制協(xié)議TCP和用戶數(shù)據(jù)協(xié)議UDPo 在本系統(tǒng)中使用UDP數(shù)據(jù)報協(xié)議。（3）網(wǎng)絡層網(wǎng)絡層讓信息可以發(fā)送到相鄰的TCP/IP網(wǎng)絡上的任一主機上，IP協(xié)議 就是該層中傳送數(shù)據(jù)的機制。同時建立網(wǎng)絡間的互連，應提供ARP地址解析協(xié) 議，實現(xiàn)從IP地址到數(shù)據(jù)鏈路物理地址的映像。（4）鏈路層由控制同一物理網(wǎng)絡上的不同機器間數(shù)據(jù)傳送的底層協(xié)議組成，實現(xiàn) 這一層協(xié)議的協(xié)議并屬于TCP/IP協(xié)議組。在本系統(tǒng)中這部分功能由單片機控制 網(wǎng)卡芯片CS8900實現(xiàn)。2硬件框圖

4、如圖1所示，系統(tǒng)提供RJ45接口連接Ethernet網(wǎng)絡，并且提供一個申 口給用戶使用。系統(tǒng)板可以將從Ethernet上過來的IP數(shù)據(jù)報解包后送給串口， 也可將從串口過來的數(shù)據(jù)封裝為IP包送到局域網(wǎng)中。外部RAM使用61C1024 （128KB）,從而為數(shù)據(jù)處理提供了很大的緩存；使用E2PROMX25045,既可 以作為看門狗使用，也可以將IP地址、網(wǎng)卡物理地址和其他參數(shù)保存在里面。CS8900芯片是CirrusLogic公司生產(chǎn)的一種局域網(wǎng)處理芯片，它的封裝 是100-pinTQFP,內部集成了在片RAM、10BASE-T收發(fā)濾波器，并且提供8位和 16位兩種接口，本文只介紹它的8位模式。N

5、E103是一種脈沖變壓器，在CS8900的前端對網(wǎng)絡信號進行脈沖波形第3頁共5頁編號：時間：2021年X月X日書山有路勤為徑，學海無涯苦作舟 頁碼：第3頁共5頁變換。3工作原理3.1CS8900的匚作原理CS8900與單片機按照8位方式連接，網(wǎng)卡芯片復位后默認工作方式為I/O連接，基址是300H,下面對它的幾個主要工作寄存器進行介紹(寄存器后括 號內的數(shù)字為寄存器地址相對基址300H的偏移量)。LINECTL (0112H)LINECTL決定CS8900的基本配置和物理接口。在本系統(tǒng)中，設置初始 值為00d3H,選擇物理接口為10BASE-T,并使能設備的發(fā)送和接收控制位。RXCTL (010

6、4H)RXCTL控制CS8900接收特定數(shù)據(jù)報。設置RXTCL的初始值為0d05H, 接收網(wǎng)絡上的廣播或者目標地址同本地物理地址相同的正確數(shù)據(jù)報。RXCFG (0102H)RXCFG控制CS8900接收到特定數(shù)據(jù)報后會引發(fā)接收中斷。RXCFG可設 置為0103H,這樣當收到一個正確的數(shù)據(jù)報后，CS8900會產(chǎn)生一個接收中斷。BUSCT (0116H)BUSCT可控制芯片的I/O接口的一些操作。設置初始值為8017H，打 開CS8900的中斷總控制位。ISQ (0120H)ISQ是網(wǎng)卡芯片的中斷狀態(tài)寄存器，內部映射接收中斷狀態(tài)寄存器和發(fā)送中斷狀態(tài)寄存器的內容。PORTO (0000H)發(fā)送和接收

7、數(shù)據(jù)時，CPU通過PORTO傳遞數(shù)據(jù)。TXCMD (0004H)發(fā)送控制寄存器，如果寫入數(shù)據(jù)00C0H,那么網(wǎng)卡芯片在全部數(shù)據(jù)寫 入后開始發(fā)送數(shù)據(jù)。TXLENG (0006H)發(fā)送數(shù)據(jù)長度寄存器，發(fā)送數(shù)據(jù)時，首先寫入發(fā)送數(shù)據(jù)長度，然后將 數(shù)據(jù)通過PORTO寫入芯片。以上為幾個最主要的工作寄存器(為16位)，CS8900支持8位模式, 當讀或寫16位數(shù)據(jù)時，低位字節(jié)對應偶地址，高位字節(jié)對應奇地址。例如，向 TXCMD中寫入00C0H,則可將00h寫入305H,將C0H寫入304H。系統(tǒng)工作時，應首先對網(wǎng)卡芯片進行初始化，即寫寄存器LINECTL.RXCTL、RCCFG、BUSCT。發(fā)數(shù)據(jù)時，寫控

8、制寄存器TXCMD,并將發(fā)送數(shù)據(jù)長度寫 入TXLENG,然后將數(shù)據(jù)依次寫入PORTO 口，如將第一個字節(jié)寫入300H,第二個 字節(jié)寫入301H,第三個字節(jié)寫入300H,依此類推。網(wǎng)卡芯片將數(shù)據(jù)組織為鏈路 層類型并添加填充位和CRC校驗送到網(wǎng)絡同樣，單片機查詢ISO的數(shù)據(jù)，當有數(shù) 據(jù)來到后，讀取接收到的數(shù)據(jù)幀。讀數(shù)據(jù)時，單片機依次讀地址300H, 301H,300H, 301H.O3.2單片機工作流程如圖人所示，單片機首先初始化網(wǎng)絡設備。網(wǎng)卡IP地址和物理地址存在X25045中，單片機復位后首先讀取這些數(shù)據(jù)以初始化網(wǎng)絡。單片機主要完成數(shù)據(jù)的解包打包。當有數(shù)據(jù)從RJ45過來，單片機對數(shù) 據(jù)報進行分

9、析，如果是ARP （物理地址解析）數(shù)據(jù)包，則程序轉入ARP處理程序 （因為在網(wǎng)絡上正是ARP協(xié)議將IP地址和物理地址相映射）。如果是IP數(shù)據(jù)包 且傳輸層使用UDR協(xié)議，端口正確，則認為數(shù)據(jù)報正確，數(shù)據(jù)解包后，將數(shù)據(jù) 部分通過串口輸出。反之，如果單片機從串口收到數(shù)據(jù)，則將數(shù)據(jù)按照UDP協(xié) 議格式打包，送入CS8900, IIICS8900將數(shù)據(jù)輸出到局域網(wǎng)中?？梢灾溃瑔纹瑱C主要處理協(xié)議的網(wǎng)絡層和傳輸層，鏈路層部分由 CS8900完成。因單片機將數(shù)據(jù)接收后完整不變地通過串口輸出，所以將應用層 交付用戶來處理，用戶可以根據(jù)需求對收到的數(shù)據(jù)進行處理。在單片機的程序處理中，包含了完整的APR地址解析協(xié)議。通過在單 片機中正確設置網(wǎng)關、子網(wǎng)掩碼等參數(shù)，實現(xiàn)了通過局域網(wǎng)單片機與