基于單片機的以太網絡接入系統的實現及網絡性能分析

［摘　要］　介紹以太網控制芯片RTL8019AS，并設計在有限存儲空間的單片機中嵌入TCP／IP協議的以太網接入系統，實現了RS－485現場總線設備通過嵌入TCP／IP單片機系統接入以太網，完成PC機與終端設備的遠程通信和控制，最后對系統性能進行測試分析，取得了滿意的效果。
［關鍵詞］　單片機；以太網；RTL8019AS芯片；TCP／IP協議；網絡性能分析

1　引　言　　
　　互聯網絡硬件、軟件的迅猛發展，使得網絡用戶呈指數增長，在電子設備日趨網絡化的背景下，越來越多的嵌入式應用需要支持網絡功能。 TCP／IP是一套把因特網上的各種系統互連起來的協議組，成為事實上最常用的網絡標準之一。在使用計算機進行網絡互聯的同時，各種家電設備、儀器儀表以及工業生產中的數據采集與控制設備在逐步地走向網絡化，以便共享網絡中龐大的信息資源。只要那些設備上實現了TCP／IP協議并增加一個網絡接口，就可方便地接入到現有的網絡中。考慮到單片機成本低廉，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，根據應用的需要做相應的裁減，文中將介紹用AT90S8515單片機與10Mbps以太網控制器芯片RTL8019AS設計嵌入式TCP／IP單片機系統，成功地實現了RS－485現場總線設備通過嵌入TCP／IP的單片機系統接入以太網，完成PC 機與終端設備的遠程通信和控制，最后對系統性能進行分析。
2　以太網控制器RTL8019AS簡介　　
　　RTL8019AS是臺灣REALTEK公司生產的基于ISA總線的10 Mbps以太網控制器芯片。由于其優良的性能、低廉的價格，使其在市場上10Mbps網卡中占有相當的份額。
主要性能：
　　（1）符合EthernetⅡ與IEEE802．3（10Base5、10Base2、10BaseT）標準；
（2）支持全雙工，收發可同時達到10Mbps速率；
　　（3）16KB片內SRAM，用于收發緩沖，降低對主處理器的速度要求；
　　（4）支持8／16位數據總線，8個中斷請求線以
（6）支持跳線和非跳線模式；
（7）允許4個診斷LED引腳可編程輸出；
（8）100腳的PQFP封裝。
　　該芯片功能很強，它集成介質訪問子層（MAC）和物理層的功能，對RTL8019做了很大改進，處理能力更強，操作更靈活。但與一般單片機接口時，只需要用到其中一部分即可完成網絡通信功能，其它引腳懸空。
3　與AT90S8515單片機系統的接口電路
　　該文選用AT90S8515單片機，與8051系列單片機相比，具有系統內可編程8KFLASH，內部集成了在片512字節EEPROM和512字節SRAM，使用精簡指令集，編寫程序簡練，調試程序方便。
　　系統硬件連接如圖3―1所示，系統提供RJ45接口連接Ethernet網絡，提供一個RS－485接口與現場設備連接，實現數據的網絡傳輸和設備的遠程控制。

　　AT90S8515單片機所提供的接口信號線為：PA口的8位數據總線D0～D7、5根地址線A8～A12、讀信號線RD、寫信號線WR、2根控制線 PB0、PB1。這些信號線與RTL8019AS的各信號線對應連接。其中，RTL8019AS的IOCS16B接下拉電阻，使芯片工作在8位總線方式，復位通過PB0控制，PB1片選地址使能。時鐘電路為單片機8MHz和網絡芯片20MHz。在現場控制端，需要一個RS－232轉RS－485的485芯片（WM485），在網絡接入端需要一個網絡隔離濾波器（FM2146），這樣接口電路設計完成，然后計算并分配地址空間，編寫匯編程序。該系統中網絡芯片在單片機中地址映射空間為80××H－0x9F××H，網絡芯片的內部I／O基地址為300H。
　　對設計電路的幾點說明，RTL8019AS的JP引腳接高電平，使芯片工作在跳線模式；沒有使用地址鎖存器，直接用地址數據復用口讀寫 RTL8019AS數據，網絡芯片只用到5位地址線，沒有沖突；系統采用查詢工作方式，沒有連接中斷信號線，簡化電路設計。