基于Internet的嵌入式網絡虛擬儀表硬件設計*

摘要： 本文闡述了以單片機和以太網控制芯片為核心的嵌入式網絡虛擬儀表的系統結構，詳細介紹了系統硬件設計。
關鍵詞： 虛擬儀表；單片機；RTL8019AS

引言

　　隨著計算機技術和網絡技術的發展，利用嵌入式計算機系統和網絡技術，組成網絡嵌入式虛擬儀表，將處于不同地域的多個儀表組成一個統一的整體，實現數據共享和統一管理，可大大提高儀表系統的功能。遠程虛擬儀表提出了一種全新的網絡儀表技術和方法，把Internet網絡技術、嵌入式技術、以及虛擬儀表技術結合起來，項目的研究以電網電量測量和分析的實際應用為目標。

　　從實現網絡虛擬儀表功能模塊化角度考慮，把網絡虛擬儀表分為虛擬儀表主機和嵌入式網絡虛擬儀表終端兩部分，本文主要討論應用AT89C52單片機，結合網絡控制芯片RTL8019AS和測量、信號轉換、鍵盤/顯示等部件，實現遠程控制和測量的嵌入式網絡虛擬儀表終端的硬件設計，總體結構框圖如圖1所示，該系統由單片機、通信協議控制模塊、液晶顯示模塊、鍵盤控制模塊、存儲擴展模塊、串行A/D、D/A轉換模塊、以及接口擴展模塊構成。

系統硬件設計

通信協議控制電路

圖1 系統總體框圖

　　通信協議控制電路由網絡控制器RTL8019AS、串行EEPROM 93LC66、帶濾波的RJ45接口組成(見圖2)。

圖2 通信協議控制電路

　　RTL8019AS主要實現通信協議控制，內部有遠程DMA接口、本地DMA接口、MAC(介質訪問控制)邏輯、數據編解碼邏輯和其他端口。遠程DMA接口是指單片機對RTL8019AS內部RAM進行讀寫的總線，單片機收發數據只需對遠程DMA操作。本地DMA接口是RTL8019AS與網線的連接通道，完成控制器與網線的數據交換。

　　MAC邏輯完成以下功能：當單片機向網上發送數據時，先將一幀數據通過遠程DMA通道送到RTL8019AS中的發送緩存區，然后發出傳送命令，當RTL8019AS完成了上一幀的發送后，再開始此幀的發送；RTL819接收到的數據通過MAC比較、CRC校驗后，由FIFO存到接收緩沖區；收滿一幀后，以中斷或寄存器標志的方式通知主處理器。FIFO邏輯對收發數據作16字節的緩沖，以減少對本地DMA請求的頻率。                

　　RTL8019AS內部有兩塊RAM區。一塊16K字節，地址為0x4000～0x7fff；一塊32字節，地址為0x0000～0x001f。RAM按頁存儲，每256字節為一頁。一般將RAM的前12頁(即0x4000～0x4bff)存儲區作為發送緩沖區；后52頁(即0x4c00～0x7fff)存儲區作為接收緩沖區。要接收和發送數據包就必須通過DMA讀寫RTL8019AS內部的16KB RAM。它實際上是雙端口的RAM，是指有兩套總線連接到該RAM，一套總線RTL8019AS讀或寫該RAM，即本地DMA；另一套總線是單片機讀或寫該RAM，即遠程DMA。

　　89C52通過P2.7、/WR、/RD來劃分RTL8019AS和62256的地址空間。P2.7接62256的/CE引腳，低電平時選擇62256；高電平時選擇RTL8019AS的地址空間。