物聯(lián)網(wǎng)基于單片機(jī)的以太網(wǎng)終端(物聯(lián)網(wǎng))

1、基于單片機(jī)的嵌入式以太網(wǎng)控制終端設(shè)計(jì)摘要：基于單片機(jī)技術(shù)的以太網(wǎng)終端廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，本文基于建榮ax2005phy 的解決方案，實(shí)現(xiàn) arp 請(qǐng)求，以及 ping 命令。同時(shí)，本文詳細(xì)介紹以太網(wǎng)接口的硬件設(shè)計(jì)和通信電路的抗干擾設(shè)計(jì)。覆蓋單片機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多個(gè)知識(shí)領(lǐng)域。 關(guān)鍵詞：以太網(wǎng)協(xié)議； 信道編碼； tcp/ip 協(xié)議； 單片機(jī)；設(shè)計(jì)背景及設(shè)計(jì)意義 隨著單片機(jī)技術(shù)和嵌入式技術(shù)的廣泛應(yīng)用， 以及通信技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的普及，人們提出了對(duì)基于嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用需求。 嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)將過(guò)去單一獨(dú)立的嵌入式系統(tǒng)組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)， 使得嵌入式系統(tǒng)不再是一個(gè)獨(dú)

2、立的個(gè)體，而是一個(gè)整體信息化網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)部分。該技術(shù)廣泛應(yīng)用在智能設(shè)備，信息化家電，智能管理設(shè)備，安防監(jiān)控設(shè)備等領(lǐng)域。 嵌入式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：1，基于單片機(jī)系統(tǒng)。2，系統(tǒng)之間存在數(shù)據(jù)通訊。在嵌入式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案中，有基于 rs232/rs485 總線協(xié)議，can 總線協(xié)議，以太網(wǎng)協(xié)議，usb 總線協(xié)議等多種方式。其中基于以太網(wǎng)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方案中，具有成本低，安裝方便，通訊距離遠(yuǎn)，兼容性好和平臺(tái)移植方便等多種優(yōu)勢(shì)。該技術(shù)廣泛應(yīng)用在以下領(lǐng)域。1， 實(shí)驗(yàn)室管理監(jiān)控系統(tǒng) 某生化實(shí)驗(yàn)室需要建立一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室人員出入，實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)室溫度濕度。該實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備都有 rs232 接

3、口輸出打印，可以輸出到單片機(jī)。門禁和各種傳感器也接入單片機(jī)系統(tǒng)。 這時(shí)候單片機(jī)可以通過(guò)以太網(wǎng)把數(shù)據(jù)提交到實(shí)驗(yàn)室的服務(wù)器上，服務(wù)器通過(guò)處理提交的數(shù)據(jù)，將控制命令通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)給單片機(jī)，單片機(jī)再進(jìn)行相應(yīng)的操作。2，智能家居系統(tǒng) 現(xiàn)代家居系統(tǒng)中，由于需要寬帶接入，基本上所有住戶都有局域網(wǎng)接入。在住戶內(nèi)部搭建局域網(wǎng)也很方便。鑒于以上情況，利用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)智能家居網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)。 住房?jī)?nèi)的家電和各種設(shè)施，可以接入內(nèi)部以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)相互通信，或者與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。上位機(jī)可以被用戶遠(yuǎn)程控制，對(duì)居室的家電和設(shè)施進(jìn)行控制，達(dá)到對(duì)居室的溫度，光亮的調(diào)節(jié)，同時(shí)可以利用下位機(jī)（單片機(jī)）將室內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)的狀況傳到上位機(jī)，上位機(jī)通過(guò)

4、分析可以向主人或者相關(guān)部門報(bào)告火警或者匪警。3，信息化家電 傳統(tǒng)家電是一個(gè)獨(dú)立存在的系統(tǒng)， 電器與電器之間沒有絲毫聯(lián)系。在信息化家電系統(tǒng)中，所有信息化家電組成一個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，家電屬于該系統(tǒng)中一個(gè)部分。信息化家電系統(tǒng)中，比如電飯鍋，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制。假如用戶需要下班回家就能吃上飯，可以在下班前通過(guò)遠(yuǎn)程控制協(xié)議給電飯鍋發(fā)出指令，保證下班回家時(shí)飯剛好煮好。二，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方案理論 1，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡(jiǎn)介 四層以太網(wǎng)協(xié)議 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通常分不同層次進(jìn)行開發(fā)，每一層分別負(fù)責(zé)不同的通信功能。一個(gè)協(xié)議族，比如tcp/ip，是一組不同層次上的多個(gè)協(xié)議的組合。tcp/ip通常被認(rèn)為是一個(gè)四層協(xié)議系統(tǒng)，如圖可以看出這個(gè)四

5、層協(xié)議的構(gòu)架，每一層負(fù)責(zé)不同的功能。 應(yīng)用層 telnet、ftp和e-mail等 運(yùn)輸層 tcp和udp 網(wǎng)絡(luò)層 ip、icmp和igmp 鏈路層 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序及接口卡 表 1 以太網(wǎng)協(xié)議分層 鏈路層：有時(shí)也稱作數(shù)據(jù)鏈路層或網(wǎng)絡(luò)接口層， 通常包括操作系統(tǒng)中的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和計(jì)算機(jī)中對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口卡。 它們一起處理與電纜 （或其他任何傳輸媒介） 的物理接口細(xì)節(jié)。 網(wǎng)絡(luò)層：有時(shí)也稱作互聯(lián)網(wǎng)層，處理分組在網(wǎng)絡(luò)中的活動(dòng)，例如分組的選路。在 tcp/i協(xié)議族中， 網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議包括 i 協(xié)議 ， （網(wǎng)際協(xié)議） icmp 協(xié)議（interne 互聯(lián)網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議），以及 igm 協(xié)議（internet 組管理

6、協(xié)議）。 運(yùn)輸層：主要為兩臺(tái)主機(jī)上的應(yīng)用程序提供端到端的通信。在 t c p / i p 協(xié)議族中，有兩個(gè)互不相同的傳輸協(xié)議： tcp（傳輸控制協(xié)議）和 udp（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）。 tcp 為兩臺(tái)主機(jī)提供高可靠性的數(shù)據(jù)通信。它所做的工作包括把應(yīng)用程序交給它的數(shù)據(jù)分成合適的小塊交給下面的網(wǎng)絡(luò)層， 確認(rèn)接收到的分組， 設(shè)置發(fā)送最后確認(rèn)分組的超時(shí)時(shí)鐘等。由于運(yùn)輸層提供了高可靠性的端到端的通信，因此應(yīng)用層可以忽略所有這些細(xì)節(jié)。而另一方面， udp 則為應(yīng)用層提供一種非常簡(jiǎn)單的服務(wù)。它只是把稱作數(shù)據(jù)報(bào)的分組從一臺(tái)主機(jī)發(fā)送到另一臺(tái)主機(jī)，但并不保證該數(shù)據(jù)報(bào)能到達(dá)另一端。任何必需的可靠性必須由應(yīng)用層來(lái)提供。

7、這兩種運(yùn)輸層協(xié)議分別在不同的應(yīng)用程序中有不同的用途，這一點(diǎn)將在后面看到。 應(yīng)用層：負(fù)責(zé)處理特定的應(yīng)用程序細(xì)節(jié)。幾乎各種不同的 tcp/ip 實(shí)現(xiàn)都會(huì)提供下面這些通用的應(yīng)用程序： telnet 遠(yuǎn)程登錄。 ftp 文件傳輸協(xié)議。 smtp 簡(jiǎn)單郵件傳送協(xié)議。 snmp 簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議。假設(shè)我們以 ftp 服務(wù)的工作為例，4 層協(xié)議的工作原理如圖 圖 1-2 osi 七層協(xié)議 物理層 ： osi 模型的最低層或第一層，該層包括物理連網(wǎng)媒介，如電纜連線連接器。物理層的協(xié)議產(chǎn)生并檢測(cè)電壓以便發(fā)送和接收攜帶數(shù)據(jù)的信號(hào)。在你的桌面 p c 上插入網(wǎng)絡(luò)接口卡，你就建立了計(jì)算機(jī)連網(wǎng)的基礎(chǔ)。換言之，你提供了一

8、個(gè)物理層。盡管物理層不提供糾錯(cuò)服務(wù)，但它能夠設(shè)定數(shù)據(jù)傳輸速率并監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出錯(cuò)率。網(wǎng)絡(luò)物理問(wèn)題，如電線斷開，將影響物理層。 數(shù)據(jù)鏈路層：osi 模型的第二層，它控制網(wǎng)絡(luò)層與物理層之間的通信。它的主要功能是如何在不可靠的物理線路上進(jìn)行數(shù)據(jù)的可靠傳遞。 為了保證傳輸， 從網(wǎng)絡(luò)層接收到的數(shù)據(jù)被分割成特定的可被物理層傳輸?shù)膸?。幀是用?lái)移動(dòng)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)包，它不僅包括原始數(shù)據(jù)，還包括發(fā)送方和接收方的網(wǎng)絡(luò)地址以及糾錯(cuò)和控制信息。其中的地址確定了幀將發(fā)送到何處，而糾錯(cuò)和控制信息則確保幀無(wú)差錯(cuò)到達(dá)。數(shù)據(jù)鏈路層的功能獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)和它的節(jié)點(diǎn)和所采用的物理層類型，它也不關(guān)心是否正在運(yùn)行 word、 excel 或使用 int

9、ernet 。有一些連接設(shè)備，如交換機(jī)，由于它們要對(duì)幀解碼并使用幀信息將數(shù)據(jù)發(fā)送到正確的接收方， 所以它們是工作在數(shù)據(jù)鏈路層的。 網(wǎng)絡(luò)層：osi 模型的第三層，其主要功能是將網(wǎng)絡(luò)地址翻譯成對(duì)應(yīng)的物理地址，并決定如何將數(shù)據(jù)從發(fā)送方路由到接收方。網(wǎng)絡(luò)層通過(guò)綜合考慮發(fā)送優(yōu)先權(quán)、網(wǎng)絡(luò)擁塞程度、 服務(wù)質(zhì)量以及可選路由的花費(fèi)來(lái)決定從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn) 到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn) 的最佳路徑。 由于網(wǎng)絡(luò)層處理路由， 而路由器因?yàn)榧催B接網(wǎng)絡(luò)各段，并智能指導(dǎo)數(shù)據(jù)傳送，屬于網(wǎng)絡(luò)層。在網(wǎng)絡(luò)中，“路由”是基于編址方案、使用模式以及可達(dá)性來(lái)指引數(shù)據(jù)的發(fā)送。 傳輸層：osi 模型中最重要的一層。傳輸協(xié)議同時(shí)進(jìn)行流量控制或是基于接收方

10、可接收數(shù)據(jù)的快慢程度規(guī)定適當(dāng)?shù)陌l(fā)送速率。除此之外， 傳輸層按照網(wǎng)絡(luò)能處理的最大尺寸將較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行強(qiáng)制分割。例如，以太網(wǎng)無(wú)法接收大于 1500 字節(jié)的數(shù)據(jù)包。發(fā)送方節(jié)點(diǎn)的傳輸層將數(shù)據(jù)分割成較小的數(shù)據(jù)片，同時(shí)對(duì)每一數(shù)據(jù)片安排一序列號(hào)， 以便數(shù)據(jù)到達(dá)接收方節(jié)點(diǎn)的傳輸層時(shí)，能以正確的順序重組。該過(guò)程即被稱為排序。 工作在傳輸層的一種服務(wù)是 tcp/ip 協(xié)議套中的 tcp（傳輸控制協(xié)議） ，另一項(xiàng)傳輸層服務(wù)是 ipx/spx 協(xié)議集的 spx（序列包交換） 。 會(huì)話層：負(fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)中的兩節(jié)點(diǎn)之間建立和維持通信。 會(huì)話層的功能包括：建立通信鏈接，保持會(huì)話過(guò)程通信鏈接的暢通，同步兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的對(duì) 話，決

11、定通信是否被中斷以及通信中斷時(shí)決定從何處重新發(fā)送。你可能常常聽到有人把會(huì)話層稱作網(wǎng)絡(luò)通信的“交通警察”。當(dāng)通過(guò)撥號(hào)向你的 isp（因特網(wǎng)服務(wù)提供商）請(qǐng)求連接到因特網(wǎng)時(shí)，isp 服務(wù)器上的會(huì)話層向你與你的 pc 客戶機(jī)上的會(huì)話層進(jìn)行協(xié)商連接。若你的電話線偶然從墻上插孔脫落時(shí)， 你終端機(jī)上的會(huì)話層將檢測(cè)到連接中斷并重新發(fā)起連接。會(huì)話層通過(guò)決定節(jié)點(diǎn)通信的優(yōu)先級(jí)和通信時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)設(shè)置通信期限 表示層：應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)之間的翻譯官，在表示層，數(shù)據(jù)將按照網(wǎng)絡(luò)能理解的方案進(jìn)行格式化；這種格式化也因所使用網(wǎng)絡(luò)的類型不同而不同。表示層管理數(shù)據(jù)的解密與加密，如系統(tǒng)口令的處理。例如：在 internet 上查詢你銀行

12、賬戶，使用的即是一種安全連接。你的賬戶數(shù)據(jù)在發(fā)送前被加密，在網(wǎng)絡(luò)的另一端，表示層將對(duì)接收到的數(shù)據(jù)解密。除此之外，表示層協(xié)議還對(duì)圖片和文件格式信息進(jìn)行解碼和編碼。 應(yīng)用層：負(fù)責(zé)對(duì)軟件提供接口以使程序能使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。術(shù)語(yǔ)“應(yīng)用層”并不是指運(yùn)行在網(wǎng)絡(luò)上的某個(gè)特別應(yīng)用程序 ，應(yīng)用層提供的服務(wù)包括文件傳輸、文件管理以及電子郵件的信息處理。 兩種協(xié)議對(duì)應(yīng)關(guān)系 我們可以看到，以太網(wǎng)網(wǎng)協(xié)議屬于 osi 協(xié)議中的部分，其中 osi 協(xié)議最重要的就是多了物理層，它是以太網(wǎng)設(shè)備通信的信道部分。鏈路層負(fù)責(zé)提供通信的時(shí)須，而以太網(wǎng)信號(hào)在信道中的傳遞全靠物理層。 2，常用實(shí)現(xiàn)方案選型 嵌入式以太網(wǎng)終端實(shí)現(xiàn)方案有多種，但其

13、共同點(diǎn)都是單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)芯片。主要是兩種方案：?jiǎn)纹瑱C(jī)mac 和單片機(jī)phy。 mac 是 media access control 的縮寫，即媒體訪問(wèn)控制子層協(xié)議。該協(xié)議位于 osi 七層協(xié)議中數(shù)據(jù)鏈路層的下半部分， 主要負(fù)責(zé)控制與連接物理層的物理介質(zhì)。 在發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，mac 協(xié)議可以事先判斷是否可以發(fā)送數(shù)據(jù)，如果可以發(fā)送將給數(shù)據(jù)加上一些控制信息，最終將數(shù)據(jù)以及控制信息以規(guī)定的格式發(fā)送到物理層；在接收數(shù)據(jù)的時(shí)候，mac 協(xié)議首先判斷輸入的信息并是否發(fā)生傳輸錯(cuò)誤，如果沒有錯(cuò)誤，則去掉控制信息發(fā)送至 llc 層。以太網(wǎng)mac 由 ieee-802.3 以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)定義。 phy phy 是位于 os

14、i 七層協(xié)議中的物理層， 在發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候， 收到 mac 過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)（對(duì)phy 來(lái)說(shuō)，沒有幀的概念，對(duì)它來(lái)說(shuō)，都是數(shù)據(jù)而不管什么地址，數(shù)據(jù)還是 crc），每 4bit就增加 1bit 的檢錯(cuò)碼，然后把并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為串行流數(shù)據(jù)，再按照物理層的編碼規(guī)則把數(shù)據(jù)編碼，再變?yōu)槟M信號(hào)把數(shù)據(jù)送出去。收數(shù)據(jù)時(shí)的流程反之。 單片機(jī)mac 典型方案為單片機(jī)rtl8019 的方案。 rtl8019as 是高度集成以太網(wǎng)控制器， 它能夠簡(jiǎn)單的解答即插即用 ne2000 兼容適配器，這種適配器具有二重和功率下降特性。 通過(guò)三電平控制特性，rtl8019as 是已制的對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 green pc 理想的選擇。全二重功

15、能能夠模擬傳播和接收在雙絞線到全二重以太網(wǎng)交換機(jī)。這個(gè)特性不僅強(qiáng)帶寬從 10 到 20mbps， 而且避免了由于以太網(wǎng)頻道爭(zhēng)奪特性導(dǎo)致的讀出多路存取協(xié)議的問(wèn)題。微軟公司的即插即用功能能減輕用戶較差的營(yíng)業(yè)收入而注意適配器資源，如 irq輸入輸出，和存儲(chǔ)器地址等等。然而，為了特殊的應(yīng)用而得不到即插即用功能的兼容性，rtl8019as 支持 jumper 和 jumperless 選項(xiàng)。 為了提供完全解決即插即用方案，rtl8019as 在集成 10baset 收發(fā)器，bnc和 aui 接口之間的自動(dòng)檢測(cè)功能。 8 此外， 條 irq 總線和 16 條基本地址總線為大資源情況下提供了寬松的環(huán)境。 r

16、tl8019as 支持 16k，32k，和 64k 字節(jié) brom 和閃存接口。它仍然提供頁(yè)面模式功能，這種功能能支持在僅 16k 字節(jié)內(nèi)存系統(tǒng)空間下的 4m 字節(jié)的 brom.此外，brom 的無(wú)用命令被用來(lái)釋放 brom 內(nèi)存空間。rtl8019as 用 16k 字節(jié) sram 設(shè)計(jì)在單片芯片上，它的設(shè)計(jì)不僅提供了更多友好的功能，而且節(jié)省了 sram 存儲(chǔ)資源。 單片機(jī)phy 典型方案為單片機(jī)rtl8201， rtl8201 具有成本低， 速度快（支持 100m bps）等優(yōu)點(diǎn)。 rtl8201bl 是一個(gè)單端口的物理層收發(fā)器， 它只有一個(gè) mii/sni（媒體獨(dú)立接口/串行網(wǎng)絡(luò)接口）接口

17、。它實(shí)現(xiàn)了全部的 10/100m 以太網(wǎng)物理層功能，包括物理層編碼子層（pcs），物理層介質(zhì)連接設(shè)備（pma），雙絞線物理媒介相關(guān)子層（tp-pmd），10base-tx 編解碼和雙絞線媒介訪問(wèn)單元（tpmau）。 pecl 接口支持連接一個(gè)外部的 100base-fx 光纖收發(fā)器。這款芯片使用先進(jìn)的 cmos 工藝制作以滿足低壓低功耗的需求。 rtl8201bl 可以在 nic， mau，cnr，acr，以太網(wǎng) hub，或以太網(wǎng)交換機(jī)中使用。另外，它也可以用于任何有以太網(wǎng) mac 并且需要一個(gè)物理上的雙絞線連接或一個(gè)光纖 pecl 接口以連接一個(gè)外部的 100base-fx 光纖收發(fā)器模塊的

18、嵌入式系統(tǒng)。 mii 接口 mii 即媒體獨(dú)立接口，它是 ieee-802.3 定義的以太網(wǎng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。它包括一個(gè)數(shù)據(jù)接口，以及一個(gè) mac 和 phy 之間的管理接口。 數(shù)據(jù)接口包 括分別用于發(fā)送器和接收器的兩條獨(dú)立信道。每條信道都有自己的數(shù)據(jù)、時(shí)鐘和控制信號(hào)。mii 數(shù)據(jù)接口總共需要 16 個(gè)信號(hào)。管理接口是個(gè)雙信號(hào)接口：一個(gè)是 時(shí)鐘信號(hào)，另一個(gè)是數(shù)據(jù)信號(hào)。通過(guò)管理接口，上層能監(jiān)視和控制 phy。 management interface 只有兩條信號(hào)線。 configuration and status data mii theis written/read to/from the phy

19、 via the mdio signal. mii 標(biāo)準(zhǔn)接口 用于連快 fast ethernet mac-block 與 phy。 “介質(zhì)無(wú)關(guān)”表明在不對(duì) mac硬件重新設(shè)計(jì)或替換的情況下，任何類型的 phy 設(shè)備都可以正常工作。在其他速率下工作 、 （ 和的與 mii 等效的接口有： （10m 以太網(wǎng)） gmii gigabit 以太網(wǎng)） xaui 10-gigabit aui （以太網(wǎng)） 。 我們使用了珠海建榮集成（appotech）的 ax2005 單片機(jī)rtl8201 的方案。 ax2005 是一種國(guó)產(chǎn)的基于 8051 內(nèi)核的 otp 單片機(jī)，具有兩個(gè) dptr 地址指針，內(nèi)部集成了

20、部分?jǐn)U展 sram，程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址可以交叉訪問(wèn)。該單片機(jī)大多數(shù)指令都在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成，并且集成了 dsp mac（乘加器），可用于數(shù)字信號(hào)處理。 ax2005 具有 gpsi 接口，可以工作在 mii 兼容模式下，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng) mac 功能，并且工作于 dma 模式。單片機(jī)性能可以達(dá)到 100mips，集成 32kb sram，并帶有硬件 crc 模塊，可方便的用于以太網(wǎng)數(shù)據(jù)封裝的處理。所以該單片機(jī)非常適合用于以太網(wǎng)終端的應(yīng)用。該單片機(jī)的功能參見附表 13，系統(tǒng)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)框圖 在基于 ax2005 單片機(jī)的以太網(wǎng)控制終端的方案中，以 ax2005 單片機(jī)為控制核心，單片機(jī)負(fù)責(zé)以下

21、工作：硬件系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì) 1，在單片機(jī)內(nèi)部開辟兩個(gè)儲(chǔ)存空間，分別用于發(fā)送和接受數(shù)據(jù)流。以太網(wǎng)封裝格式中，是按照 6 字節(jié)目的硬件地址，6 字節(jié)源地址，2 字節(jié)類型，461500 字節(jié)的數(shù)據(jù)，4 字節(jié)的crc 校驗(yàn)碼組成。應(yīng)此，每個(gè)空間大小應(yīng)該設(shè)置為 1518 字節(jié)。單片機(jī)訪問(wèn)這兩個(gè)空間，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，將相應(yīng)協(xié)議的報(bào)頭和報(bào)文填入對(duì)應(yīng)的位置，再將空間內(nèi)的整個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送出去；接受數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)訪問(wèn)相應(yīng)協(xié)議的報(bào)頭位置，判斷收到數(shù)據(jù)報(bào)的類型，再處理相應(yīng)的報(bào)文。 圖 2-1 2，單片機(jī)利用 mii 接口與 phy 連接，mac 協(xié)議由單片機(jī)提供。單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生 mac地址。以太網(wǎng)通信最終實(shí)質(zhì)是以太網(wǎng)設(shè)備訪問(wèn)對(duì)

22、方的 48 位 mac 地址。建榮的 ax2005 單片機(jī)沒有專門的符合 ieee802.3 標(biāo)準(zhǔn)的 mii 接口，而是 gpsi（通用串行接口）工作在 mii模式下。由于 ax2005 的 mii/gpsi 接口支持 dma 工作模式，并內(nèi)部集成有 32kb sram，可以直接被 mii 接口控制器讀寫。因此，在該方案中使用 dma 模式，mcu 只往緩沖區(qū)中讀寫數(shù)據(jù)，mii 控制器會(huì)自動(dòng)通過(guò) dma 將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)發(fā)到以太網(wǎng)，或者將以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)收到緩沖區(qū)中，供 cpu 處理。 3，單片機(jī)利用 uart 接口，通過(guò) rs23 轉(zhuǎn)換器，在單片機(jī)收到以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包時(shí)，通過(guò)串口，將收到的數(shù)據(jù)打印到顯

23、示屏上?；蛘咄ㄟ^(guò)串口將數(shù)據(jù)發(fā)到單片機(jī)，再轉(zhuǎn)發(fā)到以太網(wǎng)。 圖 2-2ieee-802.3 規(guī)范的以太網(wǎng)接口相關(guān)介紹 ethernet 的接口實(shí)質(zhì)是 mac 通過(guò) mii 總線控制 phy 的過(guò)程。 mac 是 media access control 的縮寫，即媒體訪問(wèn)控制子層協(xié)議。該協(xié)議位于 osi 七層協(xié)議中數(shù)據(jù)鏈路層的下半部分， 主要負(fù)責(zé)控制與連接物理層的物理介質(zhì)。在發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，mac 協(xié)議可以事先判斷是否可以發(fā)送數(shù)據(jù)， 如果可以發(fā)送將給數(shù)據(jù)加上一些控制信息，最終將數(shù)據(jù)以及控制信息以規(guī)定的格式發(fā)送到物理層；在接收數(shù)據(jù)的時(shí)候，mac 協(xié)議首先判斷輸入的信息并是否發(fā)生傳輸錯(cuò)誤，如果沒有錯(cuò)誤

24、，則去掉控制信息發(fā)送至 llc 層。以太網(wǎng) mac 由 ieee-802.3 以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)定義。 miimedia independent interface即媒體獨(dú)立接口 “媒體獨(dú)立”表明在不對(duì) mac 硬件重新設(shè)計(jì)或替換的情況下，任何類型的 phy 設(shè)備都可以正常工作。包括分別用于發(fā)送器和接收器的兩條獨(dú)立信道。每條信道都有自己的數(shù)據(jù)、時(shí)鐘和控制信號(hào)。mii 數(shù)據(jù)接口總共需要 16 個(gè)信號(hào)，包括 tx_er，txdlt3:0gt，tx_en，tx_clk，col，rxdlt3:0gt，rx_ex，rx_clk，crs，rx_dv 等。 mii 以 4 位半字節(jié)方式傳送數(shù)據(jù)雙向傳輸， 時(shí)鐘速率

25、25mhz。 其工作速率可達(dá) 100mb/s。mii 管理接口是個(gè)雙信號(hào)接口，一個(gè)是時(shí)鐘信號(hào)，另一個(gè)是數(shù)據(jù)信號(hào)。通過(guò)管理接口，上層能監(jiān)視和控制 phy。其管理是使用 smi（serial management interface）總線通過(guò)讀寫 phy的寄存器來(lái)完成的。phy 里面的部分寄存器是 ieee 定義的，這樣 phy 把自己的目前的狀態(tài)反映到寄存器里面，mac 通過(guò) smi 總線不斷的讀取 phy 的狀態(tài)寄存器以得知目前 phy的狀態(tài)，例如連接速度，雙工的能力等。當(dāng)然也可以通過(guò) smi 設(shè)置 phy 的寄存器達(dá)到控制的目的，例如流控的打開關(guān)閉，自協(xié)商模式還是強(qiáng)制模式等。不論是物理連接的

26、 mii 總線和smi 總線還是 phy 的狀態(tài)寄存器和控制寄存器都是有 ieee 的規(guī)范的， 因此不同公司的 mac和 phy 一樣可以協(xié)調(diào)工作。 當(dāng)然為了配合不同公司的 phy 的自己特有的一些功能， 驅(qū)動(dòng)需要做相應(yīng)的修改。 ieee802.3 標(biāo)準(zhǔn)定義的以太網(wǎng)工作方式如下：ieee802.3 中定義的介質(zhì)獨(dú)立接口mii主要用來(lái)連接介質(zhì)訪問(wèn)控制子層mac和物理層phy目的是使不同的物理層能夠使用統(tǒng)一的接口連到 mac 層即物理層對(duì) mac 層是透明的。 該接口可用于直接連接 mac 與 phy芯片也可連接分別裝有 mac 和 phy 的兩塊印制板此外還可以通過(guò)一段電纜連接裝有mac 和 p

27、hy 的設(shè)備。這一接口支持 10mbps 和 100mbps 兩種速率而且兩種速率實(shí)現(xiàn)的功能相同其區(qū)別只是工作頻率不一樣。介質(zhì)獨(dú)立接口由 18 根信號(hào)線組成其中發(fā)送方向 7 根txdlt3:0gt、tx en、tx clk、tx er接收方向 7 根rxdlt3:0gt、rx dv、rx clk、rxer此外還有載波偵聽crs、沖突檢測(cè)col和串行管理通道m(xù)dc、mdio信號(hào)。發(fā)送時(shí)鐘tx clk和接收時(shí)鐘rx clk一般由 phy 提供本文還將提出一種由另一端 mac 或外界提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘的設(shè)計(jì)方案根據(jù)數(shù)據(jù)率 10mpbs/100mbps 選擇 2.5mhz 或 25mhz 時(shí)鐘且不論有無(wú)有效數(shù)據(jù)收發(fā)時(shí)鐘一直被正常提供。在發(fā)送方向當(dāng)介質(zhì)訪問(wèn)控制子