0引言
隨著網絡時代的到來，internet已成為重要的基礎信息設施，這方面的技術進步對于社會的各個方面產生了積極影響，很多領域都在不斷探索開發和利用網絡資源。從目前的情況看，大部分接入方式仍以PC作為網關來連接，然而這種情況一般用于大型工業集散控制系統，如果用于一般的信息家電接入而額外增加一臺，必然會給產品帶來高昂的成本，從產品的經濟實用方面來看并不切實可行。用嵌入式設備將信息家電接入的方式則很好地解決了這一問題。所謂嵌入式設備一般是由嵌入式微處理器、外圍設備、特定的網絡協議以及應用程序等各部分組成，用于實現對信息家電的遠程控制、監視和管理功能，它代替了傳統的PC機或網關設備，在數據量不大的情況下能夠符合要求，具有可靠靈活、成本低等優點。
1方案的提出
從信息家電遠程在線訪問的角度考慮，對信息家電監測和控制時存在兩種情況：（1）遠程訪問時，信息家電的通信數據量不大，56Kbps的通信速率即可滿足要求；（2）信息家電對實時性的要求不高，其時延可以在1秒以上。基于以上兩個條件在選擇嵌入式設備時，選擇了單片機SPCE061A作為信息家電接入internet的微處理器，同時采用RTL8019AS作為以太幀的驅動芯片，負責以太幀的接收和發送。最后，通過RJ45接口發送狀態信息到internet和接收來自internet的控制數據.此外,要實現信息家電接入internet還需要深入了解TCP/IP協議和網卡驅動程序。
2RTL8019AS以太網控制器簡介
由臺灣Realtek公司生產的RTL8019AS以太網控制器，由于其優良的性能、低廉的價格，使其在市場上10Mbps網卡中占有相當的比例。
2．1主要性能
(1)符合EthernetII與IEEE802.3(10Base5、10Base2、10BaseT)標準；
(2)全雙工，收發可同時達到10Mbps的速率；
(3)內置16KB的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個中斷申請線以及16個I／0基地址選擇；
(5)支持UTP、AUI、BNC自動檢測，還支持對10BaseT拓撲結構的自動極性修正；
(6)允許4個診斷LED引腳可編程輸出；
(7)100腳的TQFP封裝，縮小了PCB尺寸。
RTL8019AS內部可分為遠程DMA接口、本地DMA接口、MAC(介質訪問控制)邏輯、數據編碼解碼邏輯和其他端口。其內部結構如圖1所示。
圖1RTL8019AS內部結構
ISA總線接口即遠程DMA接口，是指主機對RTL8019AS進行控制和操作的總線，本地DMA接口是指RTL8019AS與網線的連接通道，作用是完成控制器和網絡線的數據交換。PNP（即插即用）邏輯部分主要是用來解決和PC機的連接問題，BootROM端口作用是解決遠程啟動問題；EEPROM端口是用來操作RTL8019AS和EEPROM芯片24C64的接口,SRAM用來存放接收和要發送的數據；MAC邏輯完成數據的發送和接收過程中的一些控制；當主機要發送數據時，將一幀數據經過遠程DMA信道送到以太網絡控制器中的發送緩存內存中，然后發出傳送命令，以太網絡控制器在送出前一幀的數據后繼而完成此幀的發送；接收數據時，串行數據組成字節送到FIFO和CRC，發送邏輯將FIFO送來的字節在發送時脈的控制下逐步按位移出并送到CRC，CRC邏輯在接收時對輸入的數據進行CRC校驗，將結果與幀尾的CRC比較，如不同該幀數據將被拒收，如相同則送到接收緩沖區中。等到接收緩沖區收滿一幀后以中斷或緩存器標志的方式通知主處理器把數據讀走。
2．2RTL8019AS的I/O地址分配
以太網絡控制器內建的16KB的SRAM，可劃分為接收緩沖區和發送緩沖區兩個部分，緩沖區以幀為單位，每頁256個字節，16KB的SRAM的頁范圍規定在0x40—0x80，由PSTART和PSTOP寄存器來設定接收緩沖頁的范圍,CURR指向接收到的幀的起始頁,BNRY指向還未讀取的幀之起始頁亦即下一幀的頁地址，當CURR到達了接收緩沖頁的底部即與PSTOP相等時CURR又會自動指到PSTART處，因此這16KB的SRAM是設計成環狀緩沖區的，以達到可再使用的目的。
3硬件描述
整個系統的設計核心是臺灣凌陽科技股份有限公司推出的具有總線結構的16位高性能CMOS微處理器,可以進行高速運算、靈活的I/O口控制和高效的數據操作。SPCE061A具有2K字的SRAM和32K字的閃存ROM.與現有的8位微處理器相比，其提供了速度較高的16位x16位乘法運算指令Mul和內積運算指令Muls,加上優化的指令集，SPCE061A的吞吐量大為提高，這使得精簡的指令集能夠在其中可靠運行。系統硬件電路組成框圖如圖2所示。
圖2系統硬件電路框圖
該硬件結構主要包括兩部分：1.反映信息家電工作狀態的信息采集2.數據經過TCP/IP協議壓縮后，通過以太網控制芯片輸出到internet,或接收來自internet的控制數據并進行解包。該系統基于IEEE1451.2和TCP/IP協議構建，具有標準化的網絡接口，允許與Internet或Ethernet網絡進行即時連接，從而實現了家電設備和外部網絡的直接通訊，解決了監控設備和通訊網絡的接口問題，為實現基于WEB的遠程監控提供了底層的硬件互聯。
4單片機控制以太網卡進行數據傳輸
單片機接入以太網必須嵌入TCP/IP協議，其加載TCP/IP協議控制以太網卡進行數據傳輸，并通過TCP/IP協議連接到互聯網的基本思路是：在遠程控制端進行的操作首先通過路由器尋找到目標，再通過網卡的ISA接口傳入單片機。在單片機中加載的驅動程序將之轉換成物理幀格式，最后由TCP/IP協議將之轉換為應用層控制命令。因為單片機內部資源有限，要完成上網任務必須精簡TCP/IP協議，本系統中使用了ARP、RARP、IP、UDP等部分協議，即可保證單片機接入以太網，亦保證足夠小的代碼量。單片機主要完成網絡數據的解包和串口數據的打包，當以太網有數據到達該設備，單片機采用查詢方式讀取網絡數據并分析，如果是ARP(物理地址解析協議)數據包，則轉入ARP處理程序，并發送RARP數據包，將IP地址和物理地址加入到局域網中建立映射。如果是UDP數據包且IP地址和端口號正確，則接收數據包，數據解包后，將數據部分通過串口輸出，控制現場設備。反之，如果現場設備通過串口發送數據到單片機，單片機將數據按照UDP協議格式打包，送入RTL8019AS，由RTL8019AS將數據輸出到局域網中。根據需要還可以在收到串口數據時，先完成數據預處理，再將處理好的數據送到局域網。
5軟件實現部分
軟件設計主要包括：以太網控制器初始化程序、驅動程序、TCP/IP協議棧程序、系統網絡配置程序。以太網控制器驅動程序用于設置以太控制芯片的工作狀態即工作方式，分配收發數據的緩沖區；系統網絡配置程序用于給監測系統分配IP地址及域名。限于篇幅，下面僅給出了采用匯編語言編寫的RTL8019AS初始化的部分代碼。
.includehardware.inc;//配置單元定義
.public_init//RTL8019AS初始化子程序
_init:
R1=0xffff；//初始化A口為輸出
[P_IOA_Attrib]=R1；
[P_IOA_Dir]=R1；
R1=0xfc07；//將IOB0~IOB2,IOB10~IOB15設置為輸出，其他為輸入
[P_IOB_Attrib]=R1；
[P_IOB_Dir]=R1；
R1=0x0001；//選中00H寄存器
[P_IOB_Data]=R1；
R1=0x0021;//選擇寄存器頁面0，芯片不工作
[P_IOA_Data]=R1；
[P_IOB_Data]=R1；
R1=0x004c；//設置接收緩沖區，頁地址為0x4c~0x7f
[P_IOA_Data]=R1；
R1=0x0001；//選中02H寄存器
[P_IOB_Data]=R1；
R1=0x0080；
[P_IOA_Data]=R1；
...
R1=0x0801；//選中01H寄存器
R1=0x0001；//選中00H寄存器
[P_IOB_Data]=R1；
R1=0x0061；//選擇寄存器頁面1
[P_IOA_Data]=R1；
...
R1=0x0001；
[P_IOB_Data]=R1；
R1=0x0022；//選擇寄存器頁面0，芯片進入工作狀態
[P_IOA_Data]=R1；
retf;//程序返回
6結束語
利用16位單片機SPCE061A驅動以太控制芯片RTL8019AS，實現信息家電經由嵌入式網關接入internet的方式，可以方便、低廉地將信息家電的工作狀態送往遠程PC進行監控。這種低成本、高性能的方案，具有可靠靈活的特點，適用于通信速率不大，允許延時的家庭自動化設備。用戶可根據需要，按上述方法，為傳統的家電賦予接入internet的能力。
參考文獻
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