嵌入式系统接入网及其网络接口技术研究

如果与嵌入式系统的通信只是局限于局域网之中，在物理帧的数据域内可以直接放置要发送的数据。如果需要和其他的网络进行通信，在物理帧的数据域中需要封装更高层的协议，嵌入式系统发送的数据应该封装在高层协议的数据域内。这些数据的层层封装和物理帧的形成对于速度没有特殊的要求，普通的低速微控制器完全可以实现。

　　3．2 发送数据的发送

　　以10M以太网为例说明，发送数据时应该做的工作是，首先对待发送的数据进行曼彻斯特编码，而后对编码后的数据进行扭曲处理，使发送的数据适合在 10M以太网上传输，最后把处理好的数据以10M的速度发送到以太网上。同时，为了保证数据的有效发送，系统还应具有冲突检测和重发的功能。

　　从以上的发送过程可以看出，直接用普通的微控制器是很困难的，应该考虑用其他的方法实现。

4 一种嵌入式网络接口的实现方案

　　基于因特网的嵌入式网络体系结构实现的核心问题是如何实现嵌入式网络接口。在众多实现方案中,以ＭＣＵ为核心的实现方案,虽然实现起来有一定困难,仍因其极低的成本,受到格外重视。在此实现了一种网络接口芯片与ＭＣＵ相结合的方案,如图5所示。

RTL8019AS与硬件实现以太网接口芯片中,选用RTL8019AS。由台湾Ｒｅａｌｔｅｋ公司生产的RTL8019AS以太网控制器,由于其优良的性能、低廉的价格,使其在市场上的10Ｍｂｐｓ网卡中占有相当的比例。使用8051/52兼容单片机实现对RTL8019AS的控制,电路图如图6所示。

　RTL8019AS采用8位数据传输的跳线模式(ＩＯＣＳ16接地, ＪＰ接高电平)。Ｐ0口通过地址锁存器实现地址数据复用。Ｐ3.4片选RTL8019AS。数据收发不使用中断驱动,全部由软件查询实现。基地址选择引脚ＩＯＳ[3:0]空,Ｉ/Ｏ基地址为300Ｈ。使用双绞线为通信介质,所使用的引脚有:ＴＰＩＮ+,ＴＰＩＮ-,ＰＯＵＴ+,ＴＰＯＵＴ-,连入耦合隔离变压器ＦＢ2022,通过ＲＪ 45插头实现与网络的连接。

　　通常ＴＣＰ/ＩＰ是指Ｉｎｔｅｒｎｅｔ协议簇,而不单单是ＴＣＰ/ＩＰ。因此,在8ｂｉｔＭＣＵ不大的ＲＯＭ空间里,不可能实现所有的ＴＣＰ/ＩＰ协议。考虑到嵌入式应用中硬件系统的多样性,完成特定功能的应用程序也各不相同,因而软件的设计在保证满足功能前提下,最好短小,易于被移植,尤其是应用程序与网络协议软件应具备一定的独立性。因此,选择ＴＣＰ/ＩＰ作为嵌入式网络的通信协议,同时必须对ＴＣＰ/ＩＰ协议簇根据实际需要进行必要的删减,即实现一个ｔｈｉｎＴＣＰ/ＩＰ协议簇。通常的ｔｈｉｎＴＣＰ/ＩＰ的层次结构与标准的ＴＣＰ/ＩＰ的一样,也是四层结构(图7)。以太网接口层主要实现对以太网接口芯片的控制,ＩＰ层根据实际需要选择实现ＡＲＰ(地址解析协议)、ＲＡＲＰ(反向地址解析协议)、ＩＣＭＰ(因特网控制报文协议)以及ＩＧＭＰ(网络组管理协议)。传输层主要由ＴＣＰ(传输控制协议)和ＵＤＰ(用户数据报协议)组成,在实际实现时,根据需要可只实现其中一个。ＣＩＰ(控制信息协议)是专为控制设备、基于对象的一种方法,它是独立于特定网络的应用层协议,提供了访问数据和控制设备操作的服务集。ＣＩＰ的制定需要根据具体应用加以考虑,与通常协议的格式相似,也为“命令+数据”模式。

5 结束语

　　在信息技术广泛使用的今天,采用基于因特网的嵌入式网络体系结构,实现的嵌入式设备互连,是打破嵌入式设备联网技术停滞僵局的一种较好选择,可广泛应用于各种嵌入式设备的联网中。尽管在实现中遇到了许多困难,但这种廉价高速、使用广泛的网络必将极大地推动嵌入式设备的网络化进程。我国正处于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的初级阶段,Ｉｎｔｅｒｎｅｔ正在以前所未有的速度向前发展,如果将初级阶段称作ＰｅｒｓｏｎａｌｔｏＰｅｒｓｏｎａｌ时代,那么未来的时代将是ＰｅｒｓｏｎａｌｔｏＤｅｖｉｃｅ,ＤｅｖｉｃｅｔｏＤｅｖｉｃｅ时代,随着该时代的到来,智能将下移到设备,大量的嵌入式设备将连到Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上,并通过网络相互通信,自动操作,而无需人的干预。可以想象,随着仪表、控制器、执行器、家电等嵌入式设备连到Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上,网上设备将是现在的数百倍、数千倍。与此同时,随着制造工艺的进步,智能控制芯片和智能传感器的成本越来越低,功能却越来越强大,这使嵌入式微控制器与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ连接的费用降低到了完全可以接受的程度.嵌入式Internet,适应了Internet发展的趋势，可以预言，嵌入式设备与Internet的结合代表着嵌入式系统和网络技术的真正未来。

　　6 本文作者创新点

　　本文以嵌入式系统的接入网技术为重点，在分析嵌入式系统网络连接的结构体系和协议层次基础上，提出一种新型基于因特网的嵌入式网络体系结构，并通过对其网络接口的实现的实例，对网络接口技术也做了详细分析。