以太网控制器接□模块的设计思路

　　1 硬件部分

　　大部分嵌入式系统都有一个用来进行状态和系统诊断的外部界面，传统上是用串口终端的形式实现的，但在⊥业控制巾远程诊断有很大优势。因为Web浏览器使用广泛，所以它是用户界面的合理选择。从技术上讲，浏览器就是Web客户端，这就意味着嵌入式系统必须是Web服务器。本模块是一个微型、可用的Web服务器，它可以监控连接在系统LO口总线上的家用电器和各种传感器的状态。

　　在本模块中，微处理器选择Microchip公司的8位单片机PlC16F877。为了驱动以太网控制器，微拄制器必须模拟PC ISA总线的读写周期。

　　（l）设昔地址．

　　尽管以太网控制器有20条地址线（A0～A19），但除了5条以外都能以硬连接方式进行调塑，以捉供信号或接地，剩下的5条线用来选择感兴趣的寄存器。

　　（2）设置数据线．

　　在 个读周期里，微控制器的数据线一定作为输入；在一个写周期里它们一定是输出，并且设置为数据的字节值。

　　（3）维持读或写的信号。

　　信号是活动低电平，所以无论读或写都必须设置为低电平。

　　（4）读获取数据。

　　如果是读周期，获取数据。如果读数据线维持信号并且地址正确，以太网控制器将驱动数据总线，于是就 可以读取数据。

　　（5）撤销读写信号。

　　如果是一个读周期，以太网控制器将会停止驱动数据总线；如果是写周期，将会锁住从微控制器接收来的 数据。

　　（6）取消对数据线的设置。

　　使微控制器输出驱动程序无效，为其他应用释放数据总线。

　　微控制器上需要下列I/O线：

　　· 1条读输出线和1条写输出线：

　　· 5条地址输出线，它们只有在以太网芯片被访问时才有意义，因此也可以被用作其他用途；

　　· 8条双向数据线，同样地，它们也只有在以太网芯片被访问时才有意义。

　　2．软件部分

　　由于本实例采用的是一个单片机系统，处理速度和存储容量都十分有限，所以，在TCP/IP协议的选用方面 ，采用下列4种TCP/IP协议。

　　（1）ARP协议。

　　在以太网上把报文从一台机器发送到另一台机器，如果不知道目的机器的物理地址就会发生问题。为了解 决这个问题，开发了地址解析协议（ARP）。ARP的任务是把IP地址转化成物理地址，这样做就消除了应用程 序需要知道物理地址的必要性。

　　ARP请求是以广播的形式发送的。因此，同一网络的所有主机都能接收到ARP请求。当NIC接收到网络上的广 播帧并经过判断是ARP请求后，要进一步判断是否是目的IP，是否与自己的IP地址一致。如果是，发出ARP应 答，否则，丢弃该帧。

　　本模块中，嵌入式Web服务器不会主动向某一P地址发出数据帧，因为它是被动的，它只接收来自客户的服 务请求，为客户提供服务。因此，Web服务器只需处理ARP请求，发回ARP应答即可。

　　在ARP协议中，只对ARP应答部分进行实现。在ARP数据报中，将以太网首部算在内也只有42字节，首先将其 向PIC单片机的内置RAM中发送，然后按照ARP协议，如果是自己的IP请求的话，将ARP应答送出。

　　（2）IP协议。

　　IP协议是TCP/IP协议族中为的协议。其他的协议都要靠IP传送或接收数据，亦即不管数据的终应 用，所有流进流出的数据都要经过IP。

　　针对嵌入式Web服务器的特点，对IP协议作如下处理。

　　首先对接收到的IP数据报进行处理，向上层协议进行提交。

　　然后对rap报文、ICMP报文进行封装，交给数据链路层进行装帧。当网卡收到发给自己的数据帧后，对以太 网首部中的帧类型字段进行判断，如果该字段为0x0800，说明后面的数据为IP数据报，将该数据报交IP层处理。P协议判断此数据报的IP首部中目的IP地址字段与本地IP地址是 否一致，如不一致，丢弃该数据包；如一致，进行P首部校验和检查，当其无误时，去掉IP首部，将数据提 交上层处理。

　　在本模块中，首先从RTL8019AS中将IP首部的1个字节发送，在该首部1个字节中，记录有IP首部的长度， 然后，继续发送剩余部分字节。虽然IP首部通常有20个字节，但如果包含选项字段的话，其首部将会变长， 因此，必须检查IP首部的长度。接收IP首部后，根据IP首部中的协议字段决定交给ICMP协议还是rap协议处 理。

　　（3）ICMP协议。

　　ICMP是Internet控制报文协议，是IP的一个附件，用于帮助网络上所有节点实现简单的诊断并返回错误消 息。它传递差错报文以及其他需要注意的信息。ICMP报文通常被P层或更高层协议（TCP或UDP）使用。

　　Ping程序是对两个TCP/IP系统连通性进行测试的工具。它只利用ICMP回显请求和应答报文。构造回显应答 报文比较简单，代码字段总是0，标识符和序号字段设置成请求的发送方，回答中也不作修改。源系统可以 用这些字段匹配请求和回答。

　　在本模块中，从RTL8019AS中，将ICMP首部数据发送，检查其是否为echo要求（Ping要求）。如果是echo 要求的话，将echo应答首部和接收的数据发送至源端。

　　（4）tCPi办议。               ˇ

　　rap提供了一种可靠的、面向连接的字节流运输层服务。面向连接意味着两个使用rap的应用（通常是一个 客户和一个服务器）在彼此交换数据之前必须先建立一个rap连接。

　　在一个TCP连接中，仅有两方进行彼此通信。TCP通过下列方式来提供可靠性。

　　· 应用数据被分割成rap认为适合发送的数据块，由TOP传递给IP的信息单位称为报文段（Segment）。

　　· 当rap发出一个段后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段。如果不能及时收到一个确 认，将重发这个报文段。

　　· 当rap收到发自TOP连接的另一端的数据，它将发送一个确认。这个确认不是立即发送，通常将推迟几 分之一秒。

　　· rap将保持它首部和数据的检验和。这是一个端到端的检验和，目的是检测数据在传输过程中的变化。 如果收到段的检验和有差错，rap将丢弃这个报文段并不确认收到此报文段。

　　· 既然rap报文段作为IP数据报传送，而IP数据报的到达可能会失序，因此TCP报文段的到达也可能会失 序。如果必要，TCP将对收到的数据进行重新排序，将收到的数据以正确的顺序交给应用层。

　　· IP数据报会发生重复，TOP的接收端必须丢弃重复的数据。

　　· rap还能提供流量控制。rap连接的每一方都有固定大小的缓冲空间。TOP的接收端只允许另一端发送接 收端缓冲区所能接纳的数据，这将防止较快主机至使较慢主机的缓冲区溢出。

　　· TCP协议的接收应答机制、乱序到达数据的顺序化及接收受损报文的重传机制确保了TCP协议的可靠性 。

　　本模块在技术数据上，并不要求其自身建立TCP/IP连接，所以采用只存在Web服务器的TCP状态迁移图。

图1 Web服务器的TCP状态迁移图

　　由图可知，可以同时建立5个http连接，它非常类似于多重连接的5个部分。LISTEN、SYN RCVD、ESTAB0为TCP的3路状态交换。

　　ESTAB0～ESTAB9是确立连接后，表示将html text向浏览器发送的状态。有多个ESTAB状态的原因，是为了限制以太网帧的长度，不能将所有的html text全部发送，而是分4个数据包送出。的CLASE WAIT1、CLOSE WAIT2是关闭的状态迁移。

　　无论在哪个状态，都有定时重置功能，一旦发生通信错误或网线断开等情况，为避免发生停滞（在某一状态返回不到LISTEN的情况），本模块中，15s后将自动返回到LISTEN状态。从RTL8019AS中，发送TCP首部，如果是其端口号80，跳至http接收处理程序。

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