摘要：在分析傳統(tǒng)信息家電接入internet方式的基礎(chǔ)上，提出了以16位單片機(jī)作為主控芯片的嵌入式設(shè)備解決方案，實(shí)現(xiàn)了信息家電以新的方式接入internet,并對(duì)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了描述。
0 引言
隨著網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來(lái)，internet已成為重要的基礎(chǔ)信息設(shè)施，這方面的技術(shù)進(jìn)步對(duì)于社會(huì)的各個(gè)方面產(chǎn)生了積極影響，很多領(lǐng)域都在不斷探索開(kāi)發(fā)和利用網(wǎng)絡(luò)資源。從目前的情況看，大部分接入方式仍以PC作為網(wǎng)關(guān)來(lái)連接，然而這種情況一般用于大型工業(yè)集散控制系統(tǒng)，如果用于一般的信息家電接入而額外增加一臺(tái)，必然會(huì)給產(chǎn)品帶來(lái)高昂的成本，從產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)實(shí)用方面來(lái)看并不切實(shí)可行。用嵌入式設(shè)備將信息家電接入的方式則很好地解決了這一問(wèn)題。所謂嵌入式設(shè)備一般是由嵌入式微處理器、外圍設(shè)備、特定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以及應(yīng)用程序等各部分組成，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)信息家電的遠(yuǎn)程控制、監(jiān)視和管理功能，它代替了傳統(tǒng)的PC機(jī)或網(wǎng)關(guān)設(shè)備，在數(shù)據(jù)量不大的情況下能夠符合要求，具有可靠靈活、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
1 方案的提出
從信息家電遠(yuǎn)程在線訪問(wèn)的角度考慮，對(duì)信息家電監(jiān)測(cè)和控制時(shí)存在兩種情況：（1）遠(yuǎn)程訪問(wèn)時(shí)，信息家電的通信數(shù)據(jù)量不大，56Kbps的通信速率即可滿足要求；（2）信息家電對(duì)實(shí)時(shí)性的要求不高，其時(shí)延可以在1秒以上�；谝陨蟽蓚�(gè)條件在選擇嵌入式設(shè)備時(shí)，選擇了單片機(jī)SPCE061A作為信息家電接入internet的微處理器，同時(shí)采用RTL8019AS作為以太幀的驅(qū)動(dòng)芯片，負(fù)責(zé)以太幀的接收和發(fā)送。最后，通過(guò)RJ45接口發(fā)送狀態(tài)信息到internet和接收來(lái)自internet的控制數(shù)據(jù).此外,要實(shí)現(xiàn)信息家電接入internet還需要深入了解TCP/IP協(xié)議和網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序。
2 RTL8019AS以太網(wǎng)控制器簡(jiǎn)介
由臺(tái)灣REALTEK公司生產(chǎn)的RTL8019AS以太網(wǎng)控制器，由于其優(yōu)良的性能、低廉的價(jià)格，使其在市場(chǎng)上10Mbps網(wǎng)卡中占有相當(dāng)?shù)谋壤?/p>
2．1主要性能
(1)符合Ethernet II與IEEE802.3(10Base5、10Base2、10BaseT)標(biāo)準(zhǔn)；
(2)全雙工，收發(fā)可同時(shí)達(dá)到10Mbps的速率；
(3)內(nèi)置16KB的SRAM，用于收發(fā)緩沖，降低對(duì)主處理器的速度要求；
(4)支持8／16位數(shù)據(jù)總線，8個(gè)中斷申請(qǐng)線以及16個(gè)I／0基地址選擇；
(5)支持UTP、AUI、BNC自動(dòng)檢測(cè)，還支持對(duì)10BaseT拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的自動(dòng)極性修正；
(6)允許4個(gè)診斷LED引腳可編程輸出；
(7)100腳的TQFP封裝，縮小了PCB尺寸。
RTL8019AS內(nèi)部可分為遠(yuǎn)程DMA接口、本地DMA接口、MAC(介質(zhì)訪問(wèn)控制)邏輯、數(shù)據(jù)編碼解碼邏輯和其他端口。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。
ISA總線接口即遠(yuǎn)程DMA接口，是指主機(jī)對(duì)RTL8019AS進(jìn)行控制和操作的總線，本地DMA接口是指RTL8019AS與網(wǎng)線的連接通道，作用是完成控制器和網(wǎng)絡(luò)線的數(shù)據(jù)交換。PNP（即插即用）邏輯部分主要是用來(lái)解決和PC機(jī)的連接問(wèn)題，BootROM端口作用是解決遠(yuǎn)程啟動(dòng)問(wèn)題；EEPROM端口是用來(lái)操作RTL8019AS和EEPROM芯片24C64的接口,SRAM用來(lái)存放接收和要發(fā)送的數(shù)據(jù)；MAC邏輯完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收過(guò)程中的一些控制；當(dāng)主機(jī)要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，將一幀數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)程DMA信道送到以太網(wǎng)絡(luò)控制器中的發(fā)送緩存內(nèi)存中，然后發(fā)出傳送命令，以太網(wǎng)絡(luò)控制器在送出前一幀的數(shù)據(jù)后繼而完成此幀的發(fā)送；接收數(shù)據(jù)時(shí)，串行數(shù)據(jù)組成字節(jié)送到FIFO和CRC，發(fā)送邏輯將FIFO送來(lái)的字節(jié)在發(fā)送時(shí)脈的控制下逐步按位移出并送到CRC，CRC邏輯在接收時(shí)對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC校驗(yàn)，將結(jié)果與幀尾的CRC比較，如不同該幀數(shù)據(jù)將被拒收，如相同則送到接收緩沖區(qū)中。等到接收緩沖區(qū)收滿一幀后以中斷或緩存器標(biāo)志的方式通知主處理器把數(shù)據(jù)讀走。
2．2 RTL8019AS的 I/O地址分配
以太網(wǎng)絡(luò)控制器內(nèi)建的16KB的SRAM，可劃分為接收緩沖區(qū)和發(fā)送緩沖區(qū)兩個(gè)部分，緩沖區(qū)以幀為單位，每頁(yè)256個(gè)字節(jié)，16KB的SRAM的頁(yè)范圍規(guī)定在0x40—0x80，由PSTART和PSTOP寄存器來(lái)設(shè)定接收緩沖頁(yè)的范圍,CURR指向接收到的幀的起始頁(yè),BNRY指向還未讀取的幀之起始頁(yè)亦即下一幀的頁(yè)地址，當(dāng)CURR到達(dá)了接收緩沖頁(yè)的底部即與PSTOP相等時(shí)CURR又會(huì)自動(dòng)指到PSTART處，因此這16KB的SRAM是設(shè)計(jì)成環(huán)狀緩沖區(qū)的，以達(dá)到可再使用的目的。
3 硬件描述
整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)核心是臺(tái)灣凌陽(yáng)科技股份有限公司推出的具有總線結(jié)構(gòu)的16位高性能CMOS微處理器,可以進(jìn)行高速運(yùn)算、靈活的I/O口控制和高效的數(shù)據(jù)操作。SPCE061A具有2K字的SRAM和32K字的閃存ROM.與現(xiàn)有的8位微處理器相比，其提供了速度較高的16位x16位乘法運(yùn)算指令Mul和內(nèi)積運(yùn)算指令Muls,加上優(yōu)化的指令集，SPCE061A的吞吐量大為提高，這使得精簡(jiǎn)的指令集能夠在其中可靠運(yùn)行。系統(tǒng)硬件電路組成框圖如圖2所示。
該硬件結(jié)構(gòu)主要包括兩部分：1.反映信息家電工作狀態(tài)的信息采集2.數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)TCP/IP協(xié)議壓縮后，通過(guò)以太網(wǎng)控制芯片輸出到internet,或接收來(lái)自internet的控制數(shù)據(jù)并進(jìn)行解包。該系統(tǒng)基于IEEE1451.2和TCP/IP協(xié)議構(gòu)建，具有標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)接口，允許與Internet或Ethernet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行即時(shí)連接，從而實(shí)現(xiàn)了家電設(shè)備和外部網(wǎng)絡(luò)的直接通訊，解決了監(jiān)控設(shè)備和通訊網(wǎng)絡(luò)的接口問(wèn)題，為實(shí)現(xiàn)基于WEB的遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了底層的硬件互聯(lián)。
