基于Internet的嵌入式网络虚拟仪表硬件设计*

摘要： 本文阐述了以单片机和以太网控制芯片为核心的嵌入式网络虚拟仪表的系统结构，详细介绍了系统硬件设计。
关键词： 虚拟仪表；单片机；RTL8019AS

引言

　　随着计算机技术和网络技术的发展，利用嵌入式计算机系统和网络技术，组成网络嵌入式虚拟仪表，将处于不同地域的多个仪表组成一个统一的整体，实现数据共享和统一管理，可大大提高仪表系统的功能。远程虚拟仪表提出了一种全新的网络仪表技术和方法，把Internet网络技术、嵌入式技术、以及虚拟仪表技术结合起来，项目的研究以电网电量测量和分析的实际应用为目标。

　　从实现网络虚拟仪表功能模块化角度考虑，把网络虚拟仪表分为虚拟仪表主机和嵌入式网络虚拟仪表终端两部分，本文主要讨论应用AT89C52单片机，结合网络控制芯片RTL8019AS和测量、信号转换、键盘/显示等部件，实现远程控制和测量的嵌入式网络虚拟仪表终端的硬件设计，总体结构框图如图1所示，该系统由单片机、通信协议控制模块、液晶显示模块、键盘控制模块、存储扩展模块、串行A/D、D/A转换模块、以及接口扩展模块构成。

系统硬件设计

通信协议控制电路

图1 系统总体框图

　　通信协议控制电路由网络控制器RTL8019AS、串行EEPROM 93LC66、带滤波的RJ45接口组成(见图2)。

图2 通信协议控制电路

　　RTL8019AS主要实现通信协议控制，内部有远程DMA接口、本地DMA接口、MAC(介质访问控制)逻辑、数据编解码逻辑和其他端口。远程DMA接口是指单片机对RTL8019AS内部RAM进行读写的总线，单片机收发数据只需对远程DMA操作。本地DMA接口是RTL8019AS与网线的连接通道，完成控制器与网线的数据交换。

　　MAC逻辑完成以下功能：当单片机向网上发送数据时，先将一帧数据通过远程DMA通道送到RTL8019AS中的发送缓存区，然后发出传送命令，当RTL8019AS完成了上一帧的发送后，再开始此帧的发送；RTL819接收到的数据通过MAC比较、CRC校验后，由FIFO存到接收缓冲区；收满一帧后，以中断或寄存器标志的方式通知主处理器。FIFO逻辑对收发数据作16字节的缓冲，以减少对本地DMA请求的频率。                

　　RTL8019AS内部有两块RAM区。一块16K字节，地址为0x4000～0x7fff；一块32字节，地址为0x0000～0x001f。RAM按页存储，每256字节为一页。一般将RAM的前12页(即0x4000～0x4bff)存储区作为发送缓冲区；后52页(即0x4c00～0x7fff)存储区作为接收缓冲区。要接收和发送数据包就必须通过DMA读写RTL8019AS内部的16KB RAM。它实际上是双端口的RAM，是指有两套总线连接到该RAM，一套总线RTL8019AS读或写该RAM，即本地DMA；另一套总线是单片机读或写该RAM，即远程DMA。

　　89C52通过P2.7、/WR、/RD来划分RTL8019AS和62256的地址空间。P2.7接62256的/CE引脚，低电平时选择62256；高电平时选择RTL8019AS的地址空间。