TCP/IP協議單片機在網絡通信中的數據傳輸技術

介紹了嵌入式TCP/IP協議單片機在網絡通信中的數據傳輸技術。將TCP/IP協議嵌入式單片機中,借助網卡芯片CS8900實現了單片機在局域網內和通過局域網在因特網上的數據傳輸。用戶終端以單片機系統板為媒介,通過網絡與遠程數據終端實現數據通信。

關鍵詞：TCP/IP協議 單片機 因特網 局域網 網卡芯片

在因特網上,TCP/IP協議每時每刻保證了數據的準確傳輸。在數據采集領域,如何利用TCP/IP協議在網絡中進行數據傳輸成為一個炙手可熱的話題。在本系統中,筆者利用TCP/IP協議中的UDP（用戶數據報協議）、IP（網絡報文協議）、ARP（地址解析協議）及簡單的應用層協議成功地實現了單片機的網絡互連,既提高了數據傳輸的速度,又保證了數據傳輸的正確性,同時也擴展了數據傳輸的有效半徑。

1 TCP/IP協議簡介

TCP/IP協議是一套把因特網上的各種系統互連起來的協議組,保證因特網上數據的準確快速傳輸。參考開放系統互連（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、網絡層、鏈路層。

（1）應用層

網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。在本系統中,單片機系統傳遞來自Ethernet和數據終端的數據,應用層只對大的數據報作打包拆報處理。

（2）傳輸層

傳輸層讓網絡程序通過明確定義的通道及某些特性獲取數據,如定義網絡連接的端口號等,實現該層協議的傳輸控制協議TCP和用戶數據協議UDP。在本系統中使用UDP數據報協議。

（3）網絡層

網絡層讓信息可以發送到相鄰的TCP/IP網絡上的任一主機上,IP協議就是該層中傳送數據的機制。同時建立網絡間的互連,應提供ARP地址解析協議,實現從IP地址到數據鏈路物理地址的映像。

（4）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,實現這一層協議的協議并屬于TCP/IP協議組。在本系統中這部分功能由單片機控制網卡芯片CS8900實現。

2 硬件框圖

如圖1所示,系統提供RJ45接口連接Ethernet網絡,并且提供一個串口給用戶使用。系統板可以將從Ethernet上過來的IP數據報解包后送給串口,也可將從串口過來的數據封裝為IP包送到局域網中。外部RAM使用61C1024（128KB）,從而為數據處理提供了很大的緩存;使用E2PROM——X25045,既可以作為看門狗使用,也可以將IP地址、網卡物理地址和其他參數保存在里面。

CS8900芯片是Cirrus Logic公司生產的一種局域網處理芯片,它的封裝是100-pin TQFP,內部集成了在片RAM、10BASE-T收發濾波器,并且提供8位和16位兩種接口,本文只介紹它的8位模式。

NE103是一種脈沖變壓器,在CS8900的前端對網絡信號進行脈沖波形變換。

3 工作原理

3.1 CS8900的工作原理

CS8900與單片機按照8位方式連接,網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字為寄存器地址相對基址300H的偏移量）。