1、LON現場總線與現場總線與Ethernet的集成技術的集成技術現場總線控制系統現場總線控制系統1. 引言 隨著信息和微電子技術的發展，作為與各類隨著信息和微電子技術的發展，作為與各類具體應用緊密結合的單片機和嵌入式系統被越來具體應用緊密結合的單片機和嵌入式系統被越來越多地應用于社會的各個行業中。越多地應用于社會的各個行業中。 在工業測控領域中，由于嵌入式系統的支持在工業測控領域中，由于嵌入式系統的支持和通信技術的發展，已經使得測量和控制能夠延和通信技術的發展，已經使得測量和控制能夠延伸到測控現場，產生了現場總線和控制網絡。伸到測控現場，產生了現場總線和控制網絡。 但現場總線這類專用實時通信網絡

2、具有成本但現場總線這類專用實時通信網絡具有成本高、速度低和支持應用有限等缺陷，以及總線無高、速度低和支持應用有限等缺陷，以及總線無法達到全開放的要求，使得現場總線在工業網絡法達到全開放的要求，使得現場總線在工業網絡中的進一步發展受到了一定的制約。中的進一步發展受到了一定的制約。 隨著隨著Internet技術的不斷發展，以太網已成為事技術的不斷發展，以太網已成為事實上的工業標準，實上的工業標準，TCP/IP的簡單、實用特性已為廣的簡單、實用特性已為廣大用戶所接受，基于大用戶所接受，基于TCP/IP協議的以太網可以滿足協議的以太網可以滿足工業網絡各個層次的需求。工業網絡各個層次的需求。(1) (1

3、) 全開放全開放 (2) (2) 成本低成本低 (3) (3) 實時性實時性 (4) (4) 資源共享資源共享 (5) (5) 易與易與InternetInternet連接連接 2. 系統結構系統結構3. 預備知識預備知識相關協議相關協議套接口與套接字套接口與套接字前同步碼前同步碼 起始界符起始界符 目的地址目的地址源地址源地址 類型字段類型字段LLC幀幀（填充）（填充） 幀校驗序列幀校驗序列71662數據數據4MAC幀幀802.3802.3以太網幀的結構圖以太網幀的結構圖采用采用IEEE802.3標準，以太網的物理傳輸幀格式標準，以太網的物理傳輸幀格式 (1) 協議和數據幀格式協議和數據幀格

4、式PRPR：同步位，是：同步位，是5656位的二進制數位的二進制數101010101010。用于收發雙方的時鐘同步，同時也指明。用于收發雙方的時鐘同步，同時也指明了傳輸的速率，了傳輸的速率，10M10M和和100M100M的時鐘頻率不一樣，的時鐘頻率不一樣，100M100M網卡可以兼容網卡可以兼容10M10M網卡。網卡。SD: SD: 分隔位。表示下面跟著的是真正的數據分隔位。表示下面跟著的是真正的數據, ,而不是同步時鐘而不是同步時鐘, ,為為8 8位的位的1010101010101111, ,跟同跟同步位不同的是最后步位不同的是最后2 2位是位是1111而不是而不是1010。DADA：目的

5、地址。以太網的地址為：目的地址。以太網的地址為4848位位(6(6個字節個字節) )二進制地址，表明該幀傳輸給哪個網二進制地址，表明該幀傳輸給哪個網卡。如果為卡。如果為FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF，則是廣播地址，廣播地址的數據可以被任何網卡接收到。，則是廣播地址，廣播地址的數據可以被任何網卡接收到。SASA：源地址。：源地址。4848位，表明該幀的數據是由哪個網卡發的位，表明該幀的數據是由哪個網卡發的, ,即發送端的網卡地址即發送端的網卡地址, ,同樣是同樣是6 6個字節。個字節。TYPETYPE：類型字段。表明該幀的數據是什么類型的數據，：類型字段。表明該幀的數據是什么類

6、型的數據，不同協議的類型字段不同協議的類型字段不同。如不同。如0800H0800H表示數據為表示數據為IPIP包包；0806H0806H表示數據為表示數據為ARPARP包包；814CH814CH是是SNMPSNMP包包；8137H8137H為為IPX/SPXIPX/SPX包包；小于小于0600H0600H(1536)(1536)的值是用于的值是用于IEEE 802.3IEEE 802.3的表示數據包的的表示數據包的長度長度。DATADATA：數據段。該段數據不能超過：數據段。該段數據不能超過15001500字節，因為以太網規定整個傳輸包的最大長度字節，因為以太網規定整個傳輸包的最大長度不能超過

7、不能超過15141514字節。字節。1414字節為字節為DADA、SASA和和TYPETYPE字段字段。PADPAD：填充位。由于以太網幀傳輸的數據包最小不能小于：填充位。由于以太網幀傳輸的數據包最小不能小于6060字節字節, , 除去除去DADA、SASA和和TYPETYPE共共1414字節，還必須傳輸字節，還必須傳輸4646字節的數據，當數據段的數據不足字節的數據，當數據段的數據不足4646字節時，后面補字節時，后面補0 0。FCS：32位數據校驗位。為位數據校驗位。為32位的位的CRC校驗，該校驗由網卡自動計算，自動生成，自校驗，該校驗由網卡自動計算，自動生成，自動校驗，自動在數據段后面

8、填入。動校驗，自動在數據段后面填入。 IP數據報的格式數據報的格式 版本號版本號是指每個數據報所屬的是指每個數據報所屬的IPIP協議的版本號。目前的協議版本號是協議的版本號。目前的協議版本號是4 4。 首部長度首部長度指的是首部占指的是首部占3232位字的數目。首部最長為位字的數目。首部最長為6060個字節。個字節。 服務類型字段服務類型字段包括一個包括一個3 3位的優先權子字段位的優先權子字段( (現在已被忽略現在已被忽略) )、4 4位的位的TOSTOS子字段和子字段和1 1位未用位未用位但必須置位但必須置0 0。4 4位的位的TOSTOS分別代表分別代表: :最小時延、最大吞吐量、最高可

9、靠性和最小費用。最小時延、最大吞吐量、最高可靠性和最小費用。4 4位中位中只能置其中只能置其中1 1個位。如果所有個位。如果所有4 4位均為位均為0 0，那么就意味著是一般服務。，那么就意味著是一般服務。 數據報長度字段數據報長度字段是指整個是指整個IPIP數據報的長度，以字節為單位。利用首部長度字段和總長度數據報的長度，以字節為單位。利用首部長度字段和總長度字段，就可以知道字段，就可以知道IPIP數據報中數據內容的數據報中數據內容的起始位置和長度起始位置和長度。 標識字段標識字段惟一地標識主機發送的每一份數據報；惟一地標識主機發送的每一份數據報；標志字段標志字段用來指定目的地址是一個完整用來

10、指定目的地址是一個完整的主機地址還是一個網絡地址；的主機地址還是一個網絡地址；生存時間字段生存時間字段設置了數據報可以經過的最多路由器數；設置了數據報可以經過的最多路由器數；首首部校驗和字段部校驗和字段是根據是根據IP首部計算的檢驗和碼；首部計算的檢驗和碼；源地址和目的地址源地址和目的地址都是都是32位的數據；位的數據；選擇項選擇項定義安全和處理限制、記錄路徑、時間戳、寬松的源站選路、嚴格的源站選路等信息。定義安全和處理限制、記錄路徑、時間戳、寬松的源站選路、嚴格的源站選路等信息。 傳輸層傳輸層(TCP/UDP協議協議)TCP提供一種面向連接的、可靠的字節流傳送服務，它具有提供一種面向連接的、

11、可靠的字節流傳送服務，它具有5個特征：面個特征：面向數據流、虛電路連接、有緩沖的傳送、無結構的數據流和全雙工連接。向數據流、虛電路連接、有緩沖的傳送、無結構的數據流和全雙工連接。一旦數據報被破壞或丟失，則由一旦數據報被破壞或丟失，則由TCP將其重新傳輸。將其重新傳輸。TCP數據報的結構數據報的結構: : TCP協議棧支持同時建立兩個協議棧支持同時建立兩個TCP連接：一個為主動連接，另一個為被動連接。連接：一個為主動連接，另一個為被動連接。TCP是基于連接的協議。只有建立了是基于連接的協議。只有建立了TCP連接，才可以發送或接收數據連接，才可以發送或接收數據。 UDP協議（用戶數據報協議）和協議

12、（用戶數據報協議）和TCP相似，同屬傳輸層協議，都作為相似，同屬傳輸層協議，都作為應用程序和網絡傳輸的中介。應用程序和網絡傳輸的中介。 UDP是一個簡單的面向數據報的運輸層協議，是一個簡單的面向數據報的運輸層協議，其進程的每個輸出操作都正好產生一個其進程的每個輸出操作都正好產生一個UDP數據報，并組裝成一份待發送數據報，并組裝成一份待發送的的IP數據報數據報 。UDP與面向連接的協議與面向連接的協議TCP不同，它不提供可靠性：它把應不同，它不提供可靠性：它把應用程序傳給用程序傳給IP層的數據發送出去，但是并不保證它們能到達目的地。層的數據發送出去，但是并不保證它們能到達目的地。 本地主機和遠程

13、主機用本地主機和遠程主機用IP地址來定義，而定義進程可用端口號地址來定義，而定義進程可用端口號( (一個一個065535之間之間的整數的整數) )。 ARP是地址解析協議，用來是地址解析協議，用來將一個邏輯地址映射為物理地址將一個邏輯地址映射為物理地址，這是屬于網絡接口層的協議模塊。當主機有數據包要發送給這是屬于網絡接口層的協議模塊。當主機有數據包要發送給另一個主機時，如果只知道對方的邏輯地址另一個主機時，如果只知道對方的邏輯地址(IP地址地址)而不清楚而不清楚對方的物理地址對方的物理地址(MAC)，則無法將數據完整地封裝成以太網，則無法將數據完整地封裝成以太網幀格式的數據包。幀格式的數據包。

14、ARP的作用就是實現上層的的作用就是實現上層的IP地址與底層地址與底層的物理地址進行綁定。的物理地址進行綁定。 ARPARP處理過程處理過程(1)(1)根據目標根據目標IPIP地址產生一個請求地址產生一個請求ARPARP報文，填入發送站的物報文，填入發送站的物理地址，發送站的理地址，發送站的IPIP地址及目標地址及目標IPIP地址。目標物理地址為全地址。目標物理地址為全0 0。(2)(2)將報文傳給數據鏈路層。在此層它被封裝成幀，使用發送將報文傳給數據鏈路層。在此層它被封裝成幀，使用發送站的物理地址作源地址，使用物理廣播地址為目的地址。站的物理地址作源地址，使用物理廣播地址為目的地址。(3)(

15、3)每一個主機或路由器都收到這個幀。所有站都將此報文送每一個主機或路由器都收到這個幀。所有站都將此報文送交給自己的交給自己的ARPARP處理程序，除目標機器外，所有機器都丟棄這處理程序，除目標機器外，所有機器都丟棄這個分組，目標機器識別這個個分組，目標機器識別這個IPIP。(4)(4)目標機器用目標機器用ARPARP報文進行回答。此報文包含它的物理地址，報文進行回答。此報文包含它的物理地址，報文用單播。報文用單播。(5)(5)發送站收到回答報文，得到目標物理地址。發送站收到回答報文，得到目標物理地址。(6)(6)發送站用單播將發送站用單播將IPIP數據報發給目的站。數據報發給目的站。IP協議I

16、CMP協議ARP協議TCP協議UDP協議協議棧EthernetFTPSMTPPOP3HTTP嵌入式網絡協議棧實現原理嵌入式網絡協議棧實現原理 文件傳輸協議文件傳輸協議簡單郵件傳輸協議簡單郵件傳輸協議電子郵件協議電子郵件協議(V3)超文本傳輸協議超文本傳輸協議傳輸控制協議傳輸控制協議用戶數據協議用戶數據協議網際協議網際協議 Internet控制消息協議控制消息協議地址解析協議地址解析協議(2) 套接口與套接字套接口與套接字 套接口套接口(socket)是最常用的網絡編程是最常用的網絡編程API ，是傳輸層，是傳輸層到應用層的接口。應用程序就是通過這個接口訪問網絡到應用層的接口。應用程序就是通過這

17、個接口訪問網絡中對方的應用程序的。中對方的應用程序的。 應用程序中調用套接口的函數應用程序中調用套接口的函數(如如send, recv等等)則要則要通過套接口描述字（通常簡稱套接字）來訪問套接口。通過套接口描述字（通常簡稱套接字）來訪問套接口。 文件描述字習慣地表示為文件描述字習慣地表示為fd ,套接字則習慣地表示為套接字則習慣地表示為sd或或sockfd。而實際上在。而實際上在UNIX內核實現中內核實現中, fd 和和sd都是都是用戶打開文件表中的索引號用戶打開文件表中的索引號,它們均指向數據結構它們均指向數據結構file, 后后者再指向者再指向vnode(inode/socket)。最終。

18、最終fd指向指向inode,而而sd則則指向指向socket 。 inode 指向文件的磁盤塊指向文件的磁盤塊,而而 socket則指向則指向在網絡中傳遞數據的內存緩沖隊列。在網絡中傳遞數據的內存緩沖隊列。 面向連接與面向連接與 socket 函數函數TCP serversocket() bind()listen()accept()（等待（等待client 連接）連接）read()處理請求處理請求write()read()close()TCP clientsocket()connect()write()read()close()建立連接建立連接(三次握手三次握手)requestreplyend

19、 of file本地 ipaddr， port遠地 ipaddr，portserverbind()listen,acceptclientconnectsocket 函數與四元組的建立函數與四元組的建立 非連接與非連接與socket函數函數UDP Clientsocket()( bind() )sendto()recvfrom()UDP Serversocket()bind()recvfrom()處理請求處理請求sendto()Socket函數與四元組的建立函數與四元組的建立本地 ipaddr, port遠地 ipaddr, portserverbind()recvfrom()clientsen

20、dto/bind()sendto()典型套接字調用過程典型套接字調用過程如前所述，如前所述，TCP/IP協議的應用一般采用客戶協議的應用一般采用客戶/服務服務器模式，因此在實際應用中，必須有客戶和服務器器模式，因此在實際應用中，必須有客戶和服務器兩個進程，并且首先啟動服務器，其系統調用時序兩個進程，并且首先啟動服務器，其系統調用時序圖如下。圖如下。面向連接的協議（如面向連接的協議（如TCP）的套接字系統調用如下）的套接字系統調用如下頁圖示。頁圖示。服務器必須首先啟動，直到它執行完服務器必須首先啟動，直到它執行完accept()調用，調用，進入等待狀態后，方能接收客戶請求。假如客戶在進入等待狀態

21、后，方能接收客戶請求。假如客戶在此前啟動，則此前啟動，則connect()將返回出錯代碼，連接不成將返回出錯代碼，連接不成功。功。 服務器方服務器方 客戶方客戶方 典型套接字調用過程典型套接字調用過程無連接協議的套接字調用如下頁圖所示。無連接協議的套接字調用如下頁圖所示。 無連接服務器也必須先啟動，否則客戶請求傳不到無連接服務器也必須先啟動，否則客戶請求傳不到服務進程。服務進程。無連接客戶不調用無連接客戶不調用connect()。因此在數據發送之前，。因此在數據發送之前，客戶與服務器之間尚未建立完全相關，但各自通過客戶與服務器之間尚未建立完全相關，但各自通過socket()和和bind()建立

22、了半相關。建立了半相關。發送數據時，發送方除指定本地套接字號外，還需發送數據時，發送方除指定本地套接字號外，還需指定接收方套接字號，從而在數據收發過程中動態指定接收方套接字號，從而在數據收發過程中動態地建立了全相關。地建立了全相關。 socket()，建立數據報式套接字，返回套接字號sbind()，將套接字s與本地地址相連recvfrom()/sendto()，通過套接字s讀/寫數據，直到數據交換完。closesocket()，關閉套接字s，結束服務socket()，建立數據報式套接字，返回套接字號sbind()，將套接字s與本地地址相連sendto ()/recvfrom()，通過套接字s交

23、換數據closesocket()，關閉套接字，結束對話服務器方客戶方4. 硬件設計概述選用AT89C55作為網絡處理MCU 選用MC143150神經元芯片作為LonWorks網絡的通信MCU 雙CPU間的數據交換通過雙口RAM實現與Ethernet的網絡接口采用RTL8019器件 用10/100 BaseT電纜作為傳輸介質 設計時可考慮在線編程功能必須實現嵌入式TCP/IP網絡協議棧RTL8019AS以太網控制器以太網控制器 主要性能l 符合Ethernet II與IEEE802.3(10Base5、10Base2、10BaseT)標準；l 全雙工，收發可同時達到10Mbps的速率；l 內置1

24、6KB的SRAM，用于收發緩沖，降低對主處理器的速度要求；l 支持8/16位數據總線，8個中斷申請線以及16個I/O基地址選擇；l 支持UTP（STP）、AUI、BNC（RJ45）自動檢測，還支持對10BaseT拓撲結構的自動極性修正；l 允許4個診斷LED引腳可編程輸出；l 100腳的PQFP封裝，縮小了PCB尺寸。內部結構內部結構 RTL8019AS內部可分為遠程內部可分為遠程DMA接口、本地接口、本地DMA接口、接口、MAC(介質訪問控制介質訪問控制)邏輯、數據編碼邏輯、數據編碼/解碼邏輯和其它端口。解碼邏輯和其它端口。 ISA總線接口即插即用（PnP）Boot ROM端口8K16RAM

25、MAC邏輯EEPROM ROM端口ENA（編碼譯碼）邏輯AUI接口雙絞線接口ISA遠程遠程DMA接口接口是指單片機對是指單片機對RTL8019AS內部內部RAM進行讀寫進行讀寫的總線，即的總線，即ISA總線的接口部分。單片機收發數據只需對遠程總線的接口部分。單片機收發數據只需對遠程DMA操作。操作。本地本地DMA接口接口是把是把RTL8019AS與網線的連接通道，完成控制與網線的連接通道，完成控制器與網線的數據交換。器與網線的數據交換。 MAC(介質訪問控制介質訪問控制)邏輯邏輯完成以下功能：當單片機向網上發完成以下功能：當單片機向網上發送數據時，先將一幀數據通過遠程送數據時，先將一幀數據通過

26、遠程DMA通道送到通道送到RTL8019AS中的發送緩存區，然后發出傳送命令；當中的發送緩存區，然后發出傳送命令；當RTL8019AS完成了完成了前一幀的發送后，再開始此幀的發送。前一幀的發送后，再開始此幀的發送。RTL819接收到的數據接收到的數據通過通過MAC比較、比較、CRC校驗后，由校驗后，由FIFO存到接收緩沖區；收存到接收緩沖區；收滿一幀后，以中斷或寄存器標志的方式通知主處理器。滿一幀后，以中斷或寄存器標志的方式通知主處理器。FIFO邏輯對收發數據作邏輯對收發數據作16字節的緩沖，以減少對本地字節的緩沖，以減少對本地DMA請求的請求的頻率。頻率。 幀的發送過程幀的發送過程 外部微處

27、理器通過遠程外部微處理器通過遠程DMA將一個數據幀故入將一個數據幀故入RTL8019AS內內部的緩沖區部的緩沖區RAM中后，利用中后，利用I/O方式將發送起始地址送到方式將發送起始地址送到TPSR，幀長度送到，幀長度送到TBCR，然后將命令寄存器，然后將命令寄存器CR中中TXR置置位，開始一個數據幀的發送，此時如果沒有幀在接收，那么位，開始一個數據幀的發送，此時如果沒有幀在接收，那么即開始預發送，高速本地即開始預發送，高速本地DMA將緩沖區數據送往將緩沖區數據送往FIFO，發送，發送開始，先發出開始，先發出64位幀同步序列，再發送位幀同步序列，再發送FIFO中的數據，同時中的數據，同時進行進行

28、CRC校驗算法，加發校驗算法，加發32位位CRC校驗碼，并產生中斷請求，校驗碼，并產生中斷請求，對中斷狀態寄存器對中斷狀態寄存器ISR相應置位，以等待外部微處理器處理。相應置位，以等待外部微處理器處理。幀的接收過程幀的接收過程 RTL8019AS將接收緩沖區將接收緩沖區RAM從劃分成多個連續排列的從劃分成多個連續排列的256字節長的緩沖區，最多不超過字節長的緩沖區，最多不超過256個這樣的緩沖區鏈成的緩沖個這樣的緩沖區鏈成的緩沖環，將環的起始頁面地址存入環，將環的起始頁面地址存入START，結束頁面地址存入，結束頁面地址存入PSTOP，另設當前頁面指針，另設當前頁面指針CURR指示一下接收幀存

29、放的開指示一下接收幀存放的開始位置。邊界指針始位置。邊界指針BNRY，指示可用的接收緩沖區的界線，下，指示可用的接收緩沖區的界線，下一幀不能超出這一界限，以免覆蓋了本取走的幀。一幀不能超出這一界限，以免覆蓋了本取走的幀。 LON-Ethernet網絡接口網絡接口LON-Ethernet網絡接口作為一個特殊的網網絡接口作為一個特殊的網絡節點，應能與絡節點，應能與LonWorks總線上所有分布總線上所有分布在現場的智能節點進行對等的數據通信，在現場的智能節點進行對等的數據通信，起到起到“上傳下達上傳下達”的橋梁作用。的橋梁作用。網絡接口的基本功能網絡接口的基本功能 當現場有數據送到網上后，網絡接口

30、要負當現場有數據送到網上后，網絡接口要負責把所有發送給它的信息接收下來，并立即轉責把所有發送給它的信息接收下來，并立即轉發到以太網上進行監視和處理；當以太網有監發到以太網上進行監視和處理；當以太網有監控命令或所設參數需要下達時，網絡接口也應控命令或所設參數需要下達時，網絡接口也應實現轉發功能，及時準確地將以太網的信息發實現轉發功能，及時準確地將以太網的信息發送給分布在現場的各個智能節點。同時，為減送給分布在現場的各個智能節點。同時，為減輕以太網的部分數據處理任務，提高系統實時輕以太網的部分數據處理任務，提高系統實時性，網絡接口也應提供對部分通信數據的打包、性，網絡接口也應提供對部分通信數據的打

31、包、拆包和整理等功能。拆包和整理等功能。5. 硬件描述(1) 硬件結構圖硬件結構圖 A15A0R/WEMC143150D0D7CPLD32K8EEPROM2K8雙口RAM收發器FFT10AAT89C55D0D7PORTL8019SA0SA1993C46SPI隔離變壓器RJ45 工業以太網RDWRIORIOWD0D7D0D7 LonWorks現場總線RDWR74LS373PO P262256D0D7A0A7A8A15A0A151)1)單片機單片機AT89C55，以及，以及74LS373、62256等外圍等外圍器件，構成以太網控制單元，負責器件，構成以太網控制單元，負責TCP/IP協議協議的實現以

32、及數據交換的處理的實現以及數據交換的處理 2)MC143150神經元芯片、外圍存儲器和收發器，神經元芯片、外圍存儲器和收發器，構成構成LonWorks現場總線控制單元，負責收發現場總線控制單元，負責收發LonWorks報文，并實現對雙口報文，并實現對雙口RAM的尋址和的尋址和數據訪問數據訪問3)3)RTL8019ASRTL8019AS及其外圍器件及其外圍器件( (如隔離變壓器、如隔離變壓器、RJ45)RJ45)，支持以太網數據通信的部分協議和物理接口支持以太網數據通信的部分協議和物理接口 4)4)可編程邏輯器件可編程邏輯器件CPLD，負責，負責MC143150和和AT89C55兩個兩個MCU的

33、地的地址譯碼和讀寫信號的轉換址譯碼和讀寫信號的轉換 5)5)雙口雙口RAM，作為兩個處理器交換數據，作為兩個處理器交換數據的緩沖區的緩沖區 采用可編程邏輯器件采用可編程邏輯器件CPLD，可以，可以實現地址譯碼和讀寫信號轉換的功能，實現地址譯碼和讀寫信號轉換的功能，靈活性強，可以簡化電路的設計。靈活性強，可以簡化電路的設計。2. LonWorks現場總線控制單元現場總線控制單元 LonWorks現場總線控制單元負責收發LonWorks網絡報文，并對雙口RAM進行數據存取。為此，擴展了一片32K的EEPROM(29EE010)作為程序存儲器，并由CPLD9536負責3150的讀寫信號與RAM讀寫信

34、號之間的轉換，以及對IDT7132和29EE010的地址分配。LonWorks現場總線控制單元硬件組成現場總線控制單元硬件組成 270270FTT-10ARXDTXD23JPCP0CP110K10u/16VVCCRESET30P30P10MCLK1CLK2A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14A15D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7RWECEOEWED0D1D2D3D4D5D6D7CELR/W-LOELA11A12A13A14A15RWEIO1IO1IO1IO1IO1IO1IO1IO2IO2IO2IO2RDWREECSRAMCSA0

35、A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14A15A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14A15D0D1D2D3D4D5D6D729EE010IDT7132A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10CPLD95363150RAMCSEECSRDWRRDWR 對CPLD9536進行編程，可以實現對存儲器芯片29EE010和雙口RAM的地址分配 ：1)程序存儲器29EE010(32K)：0000H7FFFH。 2)雙口RAMIDT7132(2K)：D000HD7FFH 3.3.以太網控制單元以太網

36、控制單元 以太網控制單元的硬件電路主要包括以太網控制單元的硬件電路主要包括1)1) 單片機單片機AT89C55AT89C552)2) 以太網卡芯片以太網卡芯片RTL8019ASRTL8019AS3)3) 93C46(6493C46(641616位的位的EEPROM)EEPROM)4)4) 74HC373(874HC373(8位鎖存位鎖存) )5)5) 62256(32K62256(32K字節的字節的RAM)RAM)6)6) 雙口雙口RAM(IDT7132)RAM(IDT7132)7)7) CPLD9536CPLD9536 以太網控制單元負責將網絡接口的數據發送至以太網控制單元負責將網絡接口的數

37、據發送至以太網，同時接收以太網發送的數據。以太網，同時接收以太網發送的數據。D0D1D2D3D4D5D6D7A8A9A10A11A12A13A14A15A0A1A2A3A4A5A6A7A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14A8A9A10A11A12A13A14CEWEOEWRRDO0O1O2O3O4O5O6O7D0D1D2D3D4D5D6D762256SA0SA1SA2SA3SA4SA5SA6SA7SA8SA9SA10SA19IORBIOWB10K10u/16VVCC22P22P11.0592MAT89C55X1X2RESETEA/VPVCCRESETINT0T

38、0RDWRP00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P27ALE/PD0D1D2D3D4D5D6D7LEOEQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q774HC373A0A1A2A3A4A14A15RESETIN-IN+OUT-OUT+RX-RX+TX-TX+632120F-01RJ45200TPIN-TPIN+RX+RX-CD+CD-OSC0OSC1TX+TX-27033P20MHDLDSD0SD1SD2SD3SD4SD5SD6SD7D0D1D2D3D4D5D6D7AENRSTDRVEECSBD5BD6BD7CSCLKDIDOVCC4K93CS46CPLD

39、9536CERA0RA0RA0RA0RA0RA0RA0RA0RA0RA0RA0RA0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10I/O0RD0D1D2D3D4D5D6D7I/O1RI/O2RI/O3RI/O4RI/O5RI/O6RI/O7RR/W-ROERWRRDIDT7132IO1IO1IO2RTL8019AS以太網控制單元硬件組成以太網控制單元硬件組成 n地址的選擇1) RAM62256：單片機A15接其片選，A14A0接其A14A0，故62256的32K地址空間編址為0000H7FFFH。2) 以太網卡RTL8019AS：A15接其SA9，A14接其SA8，A4A0接其SA4SA0，其32

40、個字節的地址編址為8000H801FH。3) 雙口RAMIDT7132：A15和A14經CPLD譯碼后，接其片選，其2K字節的地址編址為：F000HF7FFH。 n由于RTL8019AS內置了10BASE-T收發器，因此，采用10BASE-T布線標準通過雙絞線進行以太網通信，其網絡接口的電路比較簡單。外接一個隔離LPF濾波器20F-01，TPIN為接收線，TPOUT為發送線，經隔離后分別與RJ-45接口的RX、TX端相連。 LonWorksLonWorks現場總線控制單元負責收發現場總線控制單元負責收發LonWorksLonWorks網絡報網絡報文，并對雙口文，并對雙口RAMRAM進行數據存取

41、。為此，擴展了一片進行數據存取。為此，擴展了一片32K32K的的EEPROM(29EE010)EEPROM(29EE010)作為程序存儲器，并由作為程序存儲器，并由CPLD9536CPLD9536負責負責31503150的讀寫信號與的讀寫信號與RAMRAM讀寫信號之間的轉讀寫信號之間的轉換，以及對換，以及對IDT7132IDT7132和和29EE01029EE010的地址分配。的地址分配。由于由于RTL8019ASRTL8019AS內置了內置了10BASE-T10BASE-T收發器，因此，采用收發器，因此，采用10BASE-T10BASE-T布線標準通過雙絞線進行以太網通信，其網布線標準通過雙

42、絞線進行以太網通信，其網絡接口的電路比較簡單。外接一個隔離絡接口的電路比較簡單。外接一個隔離LPFLPF濾波器濾波器20F-20F-0101，TPINTPIN為接收線，為接收線，TPOUTTPOUT為發送線，經隔離后分為發送線，經隔離后分別與別與RJ-45RJ-45接口的接口的RXRX、TXTX端相連。端相連。 6. 軟件描述1.嵌入式嵌入式TCP/IP網絡協議的實現網絡協議的實現 由于LonWorks接入以太網只是一個通信手段，主要用于監控，傳輸二進制數據，因此ISO七層結構不必每層都有?？砂慈缦略瓌t選擇：1) 應用層滿足系統要求；2) 省去會話層和表示層；3) 傳輸層采用相對簡單的UDP協

43、議，網絡層當然要用IP協議；4) 物理層和數據鏈路層因具體的物理網絡選為IEEE802.3 5) 如要考慮傳輸錯誤的處理，還可簡單的配上ICMP協議，保證數據的可靠傳輸 應用程序UDP協議IP協議ICMP協議ARP協議IEEE802.3協議n發送部分軟件框圖發送部分軟件框圖 應用層產生的待傳送數據構造UDP幀數據構造IP幀數據構造IEEE802.3幀數據啟動NIC芯片發送到物理傳輸介質上 發送部分首先在應用層產生待傳送的數據，然后構造UDP幀數據和IP幀數據，然后構成符合IEEE802.3幀數據，最后啟動NIC芯片發送到物理傳輸介質上。 n接收部分軟件接收部分軟件 接收部分首先讀取IEEE80

44、2.3幀數據，然后進行對數據包的解包，并通過判斷數據包的類型，轉入不同的處理子程序。其軟件框圖如下圖所示。 從NIC讀取IEEE802.3幀數據ARP or IP？包正確否？此包是否發給自己此包是否完整接收緩沖區滿否？放入接收緩沖區接收到齊否？返回返回ARP請求 or ARP響應？作出響應的ARP響應返回UDP or ICMP？UDP包是否正確解析命令返回IPARPYNYNNYYNNYUDPICMPYN請求響應nWinSocket協議的實現協議的實現 利用WinSock控件可以與遠程計算機建立連接，并通過用戶數據報文協議 (UDP)或者傳輸控制協議 (TCP)進行數據交換。這兩種協議都可以用來創建客戶與服務器應用程序。 在本次設計中，遠程計算機的編程采用Visual Basic 6.0，其內嵌有WinSock控件，WinSock控件的兩個協議名為：sckTCPProtocol 和 sckUDPProtocol。 WinSock控件有4個重要屬性：1)protocol：用于指定通信協議為TCP還是UDP，本設計采用的是UDP協議。2)localport：用于指定本地端口。3)remoteport：用于指定遠程端口。4)remotehost：用于指定遠程主機。 分配好這4個屬性后，就可以惟一確定一個通信。此時，可用該控件的bind方法綁定端口、用senddata方法發送數據，用