目前大多数智能设备和仪表都是采用RS232/485 或USB通讯方式,不具备远程控制和数据传输能力。 利用以太网实现工业系统远程控制,通过互联网共享小型嵌入式设备的信息,是工业控制研究的发展趋势。本系统采用高速单片机ATmega64及RTL8019AS 以太网控制器,用嵌入式TCP/IP 协议可以实现TCP和UDP等网络功能,进一步实现HTTP协议服务,实现Web Sever 及接入Internet 的功能。
1 系统硬件设计
系统的结构框图如图1所示, ATmega64是基于增强的AVR RISC 结构的低功耗8位CMOS微控制器。内带64KB的Flash、2KB的E2PROM、4KB的SRAM。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间,ATmega64 的数据吞吐率高达1MIPS/MHz,从而可以满足系统在功耗和处理速度方面的要求。
RTL8019AS 是一种高度集成的10MB以太网控制器,与NE2000兼容, 支持8位、16位数据总线;内置16KB SRAM缓存;可连接同轴电缆和双绞线,并可自动检测所连接的介质。以太网隔离滤波器选用20F00IN。
RTL8019AS 与主处理器的接口方式有三种:跳线方式、PNP工型电感(即插即用)方式和免跳线方式。RTL8019AS 的第65 脚JP 决定网卡的工作方式,本设计中JP脚接高电平(VCC),即使用跳线方式,此时可以省掉外部E2PROM 93C46芯片。单片机通过I/O 模式访问以太网控制器。RTL8019AS 必须工作在8位模式下,其引脚IOCS16B经电阻接地。电路框图如图2所示。
RTL8019AS本身具有地址译码功能,所有的控制功能或数据传输都是通过访问地址偏移为00H~1FH的寄存器完成的,所以只需要5条地址线(SA4~SA0)。在跳线方式下RTL8019AS的I/O 地址由引脚 IOS3~IOS0决定,将IOS3~IOS0对应引脚全部接低电平,这时RTL8019AS的I/O 基地址为300H,因此可以用SA8 和SA9进行片选接至单片机的PC7。当PC7引脚置高电平时选中RTL8019AS ,当PC7引脚置低电平时选中外部RAM,而将片选信号AEN接地,这差模电感器种片选方式可以节省一个反向器。AUI 用来检测在AUI接口外部MAU 的使用情况。当该引脚未用时,应该接地。
介质的选择由引脚PL1和PL0决定,RTL8019AS 还具有自动测试介质连接是否成功的功能。无屏蔽双绞线(UTP)电缆是目前使用最为普遍的电信介质类型。为了更方便地将嵌入式以太网模块接入到局域网中,本设计采用RTL8019AS 与双绞线连接的接口电路,即将PL0、PL1 接地。
2 以太网控制器的工作过程
以太网控制器的 RAM 以 256 字节为一页,是按页存储的结构,16位RAM地址的高 8位又叫页码。以太网控制器的16KB RA绕行电感器M的地址从0x4000~0x7FFF,即从页0x40 到页0x7F,共有64 页用来接收和发送数据包。这64页RAM是一块双端口RAM。所谓双端口就是说有两套总线连接到该RAM,总线A 用于以太网控制器读/写片上R电感生产厂家AM,总线B 用于单片机读/写以太网控制器上的 RAM。总线A又电感器生产厂家叫Local DMA,总线B 又叫 Remote DMA。
2.1 数据包的发送过程
(1) 封装数据包:数据包在发送前,单片机将其按如图3所示的以太网帧格式封装好,并存放在外部SRAM。
(2)通过远程DMA将数据包写入到 RLT8019AS 的数据发送缓冲区, 数据的目的缓冲区首地址和字节数由内部寄存器RSCR0、1设定。
(3) 通过RTL8019AS的本地DMA将数据送入FIFO 缓冲器进行发送。
2.2 数据包的接收过程
(1)本地 DMA 将需要接收的数据包存入到接收缓冲环中。
(2)由远程 DMA 将接收缓冲环中的数据包写入到外部 SRAM 中。
如果以太网控制器运行正常,接收到数据包时自动启动本地 DMA 将数据存入接收缓冲环中,也就是说第一步是由 RTL8019AS 自动完成的。但是,接收缓冲环的范围需要设置,PSTART、PSTOP 分别用于设置接收缓冲环的起始页和发送页,设置了接收缓冲环之后,接收到的第一个数据包放置的位置由当前页面寄存器CURR 决定。
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