嵌入式系統接入網及其網絡接口技術研究

如果與嵌入式系統的通信只是局限于局域網之中，在物理幀的數據域內可以直接放置要發送的數據。如果需要和其他的網絡進行通信，在物理幀的數據域中需要封裝更高層的協議，嵌入式系統發送的數據應該封裝在高層協議的數據域內。這些數據的層層封裝和物理幀的形成對于速度沒有特殊的要求，普通的低速微控制器完全可以實現。

　　3．2 發送數據的發送

　　以10M以太網為例說明，發送數據時應該做的工作是，首先對待發送的數據進行曼徹斯特編碼，而后對編碼后的數據進行扭曲處理，使發送的數據適合在 10M以太網上傳輸，最后把處理好的數據以10M的速度發送到以太網上。同時，為了保證數據的有效發送，系統還應具有沖突檢測和重發的功能。

　　從以上的發送過程可以看出，直接用普通的微控制器是很困難的，應該考慮用其他的方法實現。

4 一種嵌入式網絡接口的實現方案

　　基于因特網的嵌入式網絡體系結構實現的核心問題是如何實現嵌入式網絡接口。在眾多實現方案中,以ＭＣＵ為核心的實現方案,雖然實現起來有一定困難,仍因其極低的成本,受到格外重視。在此實現了一種網絡接口芯片與ＭＣＵ相結合的方案,如圖5所示。

RTL8019AS與硬件實現以太網接口芯片中,選用RTL8019AS。由臺灣Ｒｅａｌｔｅｋ公司生產的RTL8019AS以太網控制器,由于其優良的性能、低廉的價格,使其在市場上的10Ｍｂｐｓ網卡中占有相當的比例。使用8051/52兼容單片機實現對RTL8019AS的控制,電路圖如圖6所示。

　RTL8019AS采用8位數據傳輸的跳線模式(ＩＯＣＳ16接地, ＪＰ接高電平)。Ｐ0口通過地址鎖存器實現地址數據復用。Ｐ3.4片選RTL8019AS。數據收發不使用中斷驅動,全部由軟件查詢實現。基地址選擇引腳ＩＯＳ[3:0]空,Ｉ/Ｏ基地址為300Ｈ。使用雙絞線為通信介質,所使用的引腳有:ＴＰＩＮ+,ＴＰＩＮ-,ＰＯＵＴ+,ＴＰＯＵＴ-,連入耦合隔離變壓器ＦＢ2022,通過ＲＪ 45插頭實現與網絡的連接。

　　通常ＴＣＰ/ＩＰ是指Ｉｎｔｅｒｎｅｔ協議簇,而不單單是ＴＣＰ/ＩＰ。因此,在8ｂｉｔＭＣＵ不大的ＲＯＭ空間里,不可能實現所有的ＴＣＰ/ＩＰ協議。考慮到嵌入式應用中硬件系統的多樣性,完成特定功能的應用程序也各不相同,因而軟件的設計在保證滿足功能前提下,最好短小,易于被移植,尤其是應用程序與網絡協議軟件應具備一定的獨立性。因此,選擇ＴＣＰ/ＩＰ作為嵌入式網絡的通信協議,同時必須對ＴＣＰ/ＩＰ協議簇根據實際需要進行必要的刪減,即實現一個ｔｈｉｎＴＣＰ/ＩＰ協議簇。通常的ｔｈｉｎＴＣＰ/ＩＰ的層次結構與標準的ＴＣＰ/ＩＰ的一樣,也是四層結構(圖7)。以太網接口層主要實現對以太網接口芯片的控制,ＩＰ層根據實際需要選擇實現ＡＲＰ(地址解析協議)、ＲＡＲＰ(反向地址解析協議)、ＩＣＭＰ(因特網控制報文協議)以及ＩＧＭＰ(網絡組管理協議)。傳輸層主要由ＴＣＰ(傳輸控制協議)和ＵＤＰ(用戶數據報協議)組成,在實際實現時,根據需要可只實現其中一個。ＣＩＰ(控制信息協議)是專為控制設備、基于對象的一種方法,它是獨立于特定網絡的應用層協議,提供了訪問數據和控制設備操作的服務集。ＣＩＰ的制定需要根據具體應用加以考慮,與通常協議的格式相似,也為“命令+數據”模式。

5 結束語

　　在信息技術廣泛使用的今天,采用基于因特網的嵌入式網絡體系結構,實現的嵌入式設備互連,是打破嵌入式設備聯網技術停滯僵局的一種較好選擇,可廣泛應用于各種嵌入式設備的聯網中。盡管在實現中遇到了許多困難,但這種廉價高速、使用廣泛的網絡必將極大地推動嵌入式設備的網絡化進程。我國正處于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的初級階段,Ｉｎｔｅｒｎｅｔ正在以前所未有的速度向前發展,如果將初級階段稱作ＰｅｒｓｏｎａｌｔｏＰｅｒｓｏｎａｌ時代,那么未來的時代將是ＰｅｒｓｏｎａｌｔｏＤｅｖｉｃｅ,ＤｅｖｉｃｅｔｏＤｅｖｉｃｅ時代,隨著該時代的到來,智能將下移到設備,大量的嵌入式設備將連到Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上,并通過網絡相互通信,自動操作,而無需人的干預。可以想象,隨著儀表、控制器、執行器、家電等嵌入式設備連到Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上,網上設備將是現在的數百倍、數千倍。與此同時,隨著制造工藝的進步,智能控制芯片和智能傳感器的成本越來越低,功能卻越來越強大,這使嵌入式微控制器與Ｉｎｔｅｒｎｅｔ連接的費用降低到了完全可以接受的程度.嵌入式Internet,適應了Internet發展的趨勢，可以預言，嵌入式設備與Internet的結合代表著嵌入式系統和網絡技術的真正未來。

　　6 本文作者創新點

　　本文以嵌入式系統的接入網技術為重點，在分析嵌入式系統網絡連接的結構體系和協議層次基礎上，提出一種新型基于因特網的嵌入式網絡體系結構，并通過對其網絡接口的實現的實例，對網絡接口技術也做了詳細分析。