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位單片機作為主控芯片的嵌入式設(shè)備解決方案，實現(xiàn)了信息家電以新的方式接入internet,并對系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計進行了描述。
0 引言
隨著網(wǎng)絡(luò)時代的到來，internet已成為重要的基礎(chǔ)信息設(shè)施，這方面的技術(shù)進步對于社會的各個方面產(chǎn)生了積極影響，很多領(lǐng)域都在不斷探索開發(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，必然會給產(chǎn)品帶來高昂的成本，從產(chǎn)品的經(jīng)濟實用方面來看并不切實可行。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，用于實現(xiàn)對信息家電的遠(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。
1 方案的提出
從信息家電遠(yuǎn)程在線訪問的角度考慮，對信息家電監(jiān)測和控制時存在兩種情況：（1）遠(yuǎn)程訪問時，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）信息家電對實時性的要求不高，其時延可以在1秒以上�；谝陨蟽蓚�條件在選擇嵌入式設(shè)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(qū)動芯片，負(fù)責(zé)以太幀的接收和發(fā)送。最后，通過RJ45接口發(fā)送狀態(tài)信息到internet和接收來自internet的控制數(shù)據(jù).此外,要實現(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)動程序。
2 RTL8019AS以太網(wǎng)控制器簡介
由臺灣REALTEK公司生產(chǎn)的RTL8019AS以太網(wǎng)控制器，由于其優(yōu)良的性能、低廉的價格，使其在市場上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)可同時達到10Mbps的速率；
(3)內(nèi)置16KB的SRAM，用于收發(fā)緩沖，降低對主處理器的速度要求；
(4)支持8／16位數(shù)據(jù)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(nèi)部可分為遠(yuǎn)程DMA接口、本地DMA接口、MAC(介質(zhì)訪問控制)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，是指主機對RTL8019AS進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解決和PC機的連接問題，BootROM端口作用是解決遠(yuǎn)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(fā)送的數(shù)據(jù)；MAC邏輯完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收過程中的一些控制；當(dāng)主機要發(fā)送數(shù)據(jù)時，將一幀數(shù)據(jù)經(jīng)過遠(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，串行數(shù)據(jù)組成字節(jié)送到FIFO和CRC，發(fā)送邏輯將FIFO送來的字節(jié)在發(fā)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(shù)據(jù)進行CRC校驗，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)兩個部分，緩沖區(qū)以幀為單位，每頁256個字節(jié)，16KB的SRAM的頁范圍規(guī)定在0x40—0x80，由PSTART和PSTOP寄存器來設(shè)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(dāng)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(shè)計成環(huán)狀緩沖區(qū)的，以達到可再使用的目的。
3 硬件描述
整個系統(tǒng)的設(shè)計核心是臺灣凌陽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,可以進行高速運算、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位乘法運算指令Mul和內(nèi)積運算指令Muls,加上優(yōu)化的指令集，SPCE061A的吞吐量大為提高，這使得精簡的指令集能夠在其中可靠運行。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TCP/IP協(xié)議壓縮后，通過以太網(wǎng)控制芯片輸出到internet,或接收來自internet的控制數(shù)據(jù)并進行解包。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)進行即時連接，從而實現(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)的接口問題，為實現(xiàn)基于WEB的遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了底層的硬件互聯(lián)。
