基于16位单片机作为主控芯片的嵌入式设备解决方案

1、基于16位单片机作为主控芯片的嵌入式设备解决方案随着网络时代的到来，internet已成为重要的基础信息设施，这方面的技术长进对于社会的各个方面产生了乐观影响，无数领域都在不断探究开发和利用网络资源。从目前的状况看，大部分接入方式仍以pc作为网关来衔接，然而这种状况普通用于大型工业集散控制系统，假如用于普通的信息家电接入而额外增强一台，必定会给产品带来昂扬的成本，从产品的经济有用方面来看并不切实可行。用设备将信息家电接入的方式则很好地解决了这一问题。所谓嵌入式设备普通是由嵌入式微处理器、外围设备、特定的网络协议以及应用程序等各部分组成，用于实现对信息家电的远程控制、监视和管理功能，它代替了传统

2、的pc机或网关设备，在数据量不大的状况下能够符合要求，具有牢靠灵便、成本低等优点。1 计划的提出从信息家电远程在线拜访的角度考虑，对信息家电监测和控制时存在两种状况：（1）远程拜访时，信息家电的通信数据量不大，56kbps的通信速率即可满足要求；（2）信息家电对实时性的要求不高，其时延可以在1秒以上。基于以上两个条件在挑选嵌入式设备时，挑选了spce061a作为信息家电接入internet的微处理器，同时采纳rtl8019as作为以太帧的驱动芯片，负责以太帧的接收和发送。最后，通过rj45接口发送状态信息到internet和接收来自internet的控制数据.此外,要实现信息家电接入inter

3、net还需要深化了解tcp/ip协议和网卡驱动程序。2 rtl8019as以太网控制器简介由台湾reak公司生产的rtl8019as以太网控制器，因为其优良的性能、低廉的价格，使其在市场上10mbps网卡中占有相当的比例。21主要性能(1)符合ethernet ii与ieee802.3(10base5、10base2、10baset)标准；(2)全双工，收发可同时达到10mbps的速率；(3)内置16kb的sram，用于收发缓冲，降低对主处理器的速度要求；(4)支持816位数据，8个中断申请线以及16个i0基地址挑选；(5)支持utp、aui、bnc自动检测，还支持对10baset拓扑结构的自

4、动极性修正；(6)允许4个诊断引脚可编程输出；(7)100脚的tqfp封装，缩小了尺寸。rtl8019as内部可分为远程dma接口、本地dma接口、mac(介质拜访控制)规律、数据编码解码规律和其他端口。其内部结构1所示。isa总线接口即远程dma接口，是指主机对rtl8019as举行控制和操作的总线，本地dma接口是指rtl8019as与网线的衔接通道，作用是完成控制器和网络线的数据交换。pnp（即插即用）规律部分主要是用来解决和pc机的衔接问题，bootrom端口作用是解决远程启动问题；eeprom端口是用来操作rtl8019as和eeprom芯片24c64的接口,sram用来存放接收和要

5、发送的数据；mac规律完成数据的发送和接收过程中的一些控制；当主机要发送数据时，将一帧数据经过远程dma信道送到以太网络控制器中的发送缓存内存中，然后发出传送指令，以太网络控制器在送出前一帧的数据后继而完成此帧的发送；接收数据时，串行数据组成字节送到fifo和crc，发送规律将fifo送来的字节在发送时脉的控制下逐步按位移出并送到crc，crc规律在接收时对输入的数据举行crc校验，将结果与帧尾的crc比较，如不同该帧数据将被拒收，如相同则送到接收缓冲区中。等到接收缓冲区收满一帧后以中断或缓存器标记的方式通知主处理器把数据读走。22 rtl8019as的 i/o地址分配以太网络控制器内建的16

6、kb的sram，可划分为接收缓冲区和发送缓冲区两个部分，缓冲区以帧为单位，每页256个字节，16kb的sram的页范围规定在0x400x80，由pstart和pstop寄存器来设定接收缓冲页的范围,curr指向接收到的帧的起始页,bnry指向还未读取的帧之起始页亦即下一帧的页地址，当curr到达了接收缓冲页的底部即与pstop相等时curr又会自动指到pstart处，因此这16kb的sram是设计成环状缓冲区的，以达到可再用法的目的。3 硬件描述囫囵系统的设计核心是台湾凌阳科技股份有限公司推出的具有总线结构的16位高性能微处理器,可以举行高速运算、灵便的i/o口控制和高效的数据操作。spce0

7、61a具有2k字的sram和32k字的闪存rom.与现有的8位微处理器相比，其提供了速度较高的16位x16位乘法运算命令mul和内积运算命令muls,加上优化的命令集，spce061a的吞吐量大为提高，这使得精简的命令集能够在其中牢靠运行。系统硬件组成框图2所示。该硬件结构主要包括两部分：1.反映信息家电工作状态的信息采集2.数据经过tcp/ip协议压缩后，通过以太网控制芯片输出到internet,或接收来自internet的控制数据并举行解包。该系统基于ieee1451.2和tcp/ip协议构建，具有标准化的网络接口，允许与internet或ethernet网络举行即时衔接，从而实现了家电设

8、备和外部网络的挺直通讯，解决了监控设备和通讯网络的接口问题，为实现基于web的远程监控提供了底层的硬件互联。4 单片机控制以太网卡举行数据传输单片机接入以太网必需嵌入tcp/ip协议，其加载tcp/ip协议控制以太网卡举行数据传输，并通过tcp/ip协议衔接到互联网的基本思路是：在远程控制端举行的操作首先通过路由器寻觅到目标，再通过网卡的isa接口传入单片机。在单片机中加载的驱动程序将之转换成物理帧格式，最后由tcp/ip协议将之转换为应用层控制指令。由于单片机内部资源有限，要完成上网任务必需精简tcp/ip协议，本系统中用法了arp、rarp、ip、udp等部分协议，即可保证单片机接入以太网

9、，亦保证足够小的代码量。单片机主要完成网络数据的解包和串口数据的打包，当以太网有数据到达该设备，单片机采纳查询方式读取网络数据并分析，假如是arp(物理地址解析协议)数据包，则转入arp处理程序，并发送rarp数据包，将ip地址和物理地址加入到局域网中建立映射。假如是udp数据包且ip地址和端口号正确，则接收数据包，数据解包后，将数据部分通过串口输出，控制现场设备。反之，假如现场设备通过串口发送数据到单片机，单片机将数据根据udp协议格式打包，送入rtl8019as，由rtl8019as将数据输出到局域网中。按照需要还可以在收到串口数据时，先完成数据预处理，再将处理好的数据送到局域网。5软件实

10、现部分软件设计主要包括：以太网控制器初始化程序、驱动程序、tcp/ip协议栈程序、系统网络配置程序。以太网控制器驱动程序用于设置以太控制芯片的工作状态即工作方式，分配收发数据的缓冲区；系统网络配置程序用于给监测系统分配ip地址及域名。限于篇幅，下面仅给出了采纳汇编语言编写的rtl8019as初始化的部分代码。.include hardware.inc;/配置单元定义.public _init /rtl8019as初始化子程序_init:r1=0xffff； /初始化a口为输出p_ioa_attrib=r1；p_ioa_dir=r1；r1=0xfc07； /将iob0"iob2,iob

11、10"iob15设置为输出，其他为输入p_iob_attrib=r1；p_iob_dir=r1；r1=0x0001；/选中00h寄存器p_iob_data=r1；r1=0x0021; /挑选寄存器页面0，芯片不工作p_ioa_data=r1；p_iob_data=r1；r1=0x004c；/设置接收缓冲区，页地址为0x4c"0x7fp_ioa_data=r1；r1=0x0001；/选中02h寄存器p_iob_data=r1；r1=0x0080；p_ioa_data=r1；.r1=0x0801； /选中01h寄存器r1=0x0001； /选中00h寄存器p_iob_data=r1；r1=0x0061； /挑选寄存器页面1p_ioa_data=r1；.r1=0x0001；p_iob_data=r1；r1=0x0022； /挑选寄存器页面0，芯片进入工作状态p_ioa_data=r1；retf; / 程序返回6 结束语