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单片机与网络通信应用 　　【摘要】本文从单片机与网络通信的基本原理入手，对单片机网络通信的硬件和软件设计进行了探讨，并给出了硬件间的系统构成和硬件的选型结果。重点对软件的设计和实现进行了探讨。最后探讨了以单片机为基础的web server应用问题。 　　【关键词】单片机；网络；通信 　　 　　1.单片机与网络通信的基本原理 　　随着网络的普及，人们的生活越来越依赖于网络的应用，从电气设备使用的角度，对网络的应用已经不再局限于计算机和网络的连接。很多信息家电、仪表等对网络的需求也日益明显，单片机应当网络通信应用已经成为一种趋势。从原理上讲，要实现单片机和网络的连接，需要遵循TCP/IP协议，将单片机接入英特网，起到单片机与外界信息交流的作用。从技术细节上看，实现单片机网络化的技术手段是在电子设备中嵌入TCP/IP协议，利用内置的网络接口芯片以及微控制器，来实现对网络数据的输入和输出。 　　2.单片机网络通信的硬件设计 　　2.1 系统硬件组成与结构 　　现在市场上的电器所嵌入的微处理器一般都是8位，因此本文从适应性广泛的角度出发，在进行系统的硬件设计时以8位单片机为基础。从硬件之间的关系上看，单片机的内嵌微处理器要以TCP/IP协议和应用层协议为基础，并且要借助以太网接口芯片和其他电子元件。以太网接口芯片则负责处理本身实现了物理层和数据链路层协议，通过数据接口（如RJ45型接口）与网络进行通信。由此可以得出单片机和网络之间实现通信的硬件组成和流程结构为：单片机→以太网接口芯片→数据接口→集线器→网络。当然，箭头的流程顺序也可以反过来，从而实现网络和单片机之间的数据交换。 　　2.2 硬件选型 　　(1)单片机选型 　　为了提高单片机网络应用的效率，应当选用性能更为优良的高性能单片机，如AT90系列、W78E系列、P89C51系列等，本文所选用的的单片机型号为Winbond公司生产的W78E16B型单片机。 　　(2)网络接口芯片选型 　　以太网控制器是网络接口的核心部件，在单片机网络通信系统中的作用是实现和网络的连通。以太网控制器之间的差异主要体现在集成度上，有的以太网控制器既集成了MAC层和物理层接口，而有的以太网控制器只具备物理层接口。具体选用那种类型的以太网控制器取决于设计时的具体需要，一般选用对物理层和MAC层都集成的芯片。本文中所采用的以太网控制芯片型号为Realtek公司生产的的RTL8019AS，该款芯片的集成度较高，具有全双工通信接口，可以支持对PNP的自动探测功能。 　　3.单片机网络通信的软件实现 　　3.1 网络协议的处理 　　单片机实现网络应用除了对硬件方面有要求外，软件方面同样有相应的要求，主要体现对如何让单片机应用TCP/IP协议。从原理上讲，在采用OSI七层参考模型时，物理层和数据链路层的协议由以太网控制芯片RTL8019AS来实现。而系统的网络层面既要实现IP协议也要实现ICMP协议，这两类协议所负责的内容有所不同，由于所采用系统的不同而工作重点也有差异。在本文中是以web server为背景，对数据的可靠性要求较高，因此重点是处理TCP协议的实现问题。由于单片机本身容量和处理能力有限，需要对TCP/IP协议进行必要的简化。结合本文的具体情况，以以太网控制芯片为出发点的系统协议分为两个分支：(1)以太网控制芯片（RTL8019AS）→IP→TCP(UDP)→HTTP；(2)太网控制芯片（RTL8019AS）→ICMP→ping。web server的应用流程相对较为复杂，可参照有关文献，在此不再赘述。 　　3.2 RTL8019AS的驱动设计 　　前文已经对以太网的接口芯片进行选型，为RTL8019AS。在进行驱动设计时需要以该款芯片的具体构造为基础来进行。RTL8019AS的SRAM为16KB，并可分为64个存储页面。在对SRAM进行初始化时，需要处理接受数据包和发送数据包两个部分，先分别进行讨论。SRAM的初始化是比较复杂的过程，初始化的内容包括：(1)复位寄存器的初始化；(2)配置寄存器的初始化；(3)接收缓冲区的初始化；(4)接收缓冲区边界寄存器的初始化；(5)接收缓冲区当前页面寄存器的初始化；(6)发送缓冲区的初始化；(7)接收配置寄存器的初始化；(8)发送配置寄存器的初始化；(9)数据配置寄存器的初始化；(10)设置以太网接口的物理地址。以上各个部分都需要做处理，具体的操作代码较为繁杂，不在此详述，可参照有关文献。 　　4.TCP/IP协议的简化 　　TCP/IP协议是一组完整的协议族，协议中各层分别为链路层、网络层、传输层和应用层。由于单片机的资源有限，要在8位单片机上实现TCP/IP协议，就必须做一定的简化，否则在嵌入式系统中无法实现。在本