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1 引言 隨著嵌入式系統(tǒng)和單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式以太網(wǎng)的設(shè)計(jì)越來(lái)越受關(guān)注。MC9S12NE64單片機(jī)是飛思卡爾公司量產(chǎn)較早的一款以太網(wǎng)單片機(jī)，具有以太網(wǎng)控制器的功能，它體積小、穩(wěn)定性好、開(kāi)發(fā)成本低。同時(shí)MC9S12NE64已經(jīng)在汽車(chē)電子設(shè)備中得到應(yīng)用，可靠性較高。OpenTCP源代碼可以免費(fèi)獲得，所以O(shè)penTCP協(xié)議的引入為低成本嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)提供了很好的支撐。 在MC9S12NE64單片機(jī)內(nèi)嵌入0penT℃P協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)嵌入式以太網(wǎng)，可以減少開(kāi)發(fā)成本。同時(shí)與組合芯片以太網(wǎng)模塊相比。MC9S12NE64單芯片以太網(wǎng)模塊的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性更高。 2 硬件設(shè)計(jì) MC9S12NE64包含內(nèi)置的10/100Mbits以太網(wǎng)媒體訪問(wèn)控制器(EMAC)、10/100Mbits以太網(wǎng)物理層(EPHY)．滿足以太網(wǎng)低層通信；片內(nèi)8K的RAM，有足夠的空間保證OpenTCP的實(shí)現(xiàn)；支持IEEE802．3標(biāo)準(zhǔn)。 根據(jù)飛思卡爾公司網(wǎng)站給出的MC9S12NE64單片機(jī)外圍電路，以太網(wǎng)模塊的主要硬件電路如下：1、單片機(jī)PHY層輸入、輸出口與RJ45連接電路，見(jiàn)圖l；2、單片機(jī)I/O口與EEPROM(AT93C46)連接電路，見(jiàn)圖2；3、單片機(jī)SCI口與MAX232連接電路，見(jiàn)圖3。 
圖1 單片機(jī)與RJ45連接電路
圖2 外接EEPROM連接電路
圖3 MAX232連接電路 3 軟件流程 3．1 OpenTCP協(xié)議結(jié)構(gòu)及裁剪 OpenTCP是面向嵌入式系統(tǒng)的，開(kāi)源的TCP/IP協(xié)議棧。和．TCP/IP協(xié)議一樣，OpenTCP層次模型通常理解共分為五層：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、網(wǎng)絡(luò)接口層和物理層。本文用到的OpenTCP是飛思卡爾公司和Viola System公司合作開(kāi)發(fā)的．基于MC9S12NE64平臺(tái)的開(kāi)放源代碼協(xié)議棧。模塊要實(shí)現(xiàn)的功能是串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)，因此刪除了應(yīng)用層部分，只保留通信需要用到的協(xié)議：ARP協(xié)議、TCP協(xié)議、IP協(xié)議(包括ICMP協(xié)議)，實(shí)現(xiàn)了OpenTCP協(xié)議最大程度的裁減。 3．2 軟件流程 整個(gè)以太網(wǎng)模塊的軟件由以太驅(qū)動(dòng)、OpenTCP協(xié)議和修改設(shè)置三部分組成。主程序軟件流程見(jiàn)圖4。
圖4 主程序流程 以前一些論文中提到的嵌入式以太網(wǎng)模塊并沒(méi)有涉及模塊以太網(wǎng)參數(shù)(這些參數(shù)包括：網(wǎng)關(guān)的MAC地址、IP地址、端口號(hào)、網(wǎng)關(guān)、子掩碼等)設(shè)置的問(wèn)題，都是把模塊的以太網(wǎng)參數(shù)設(shè)置在軟件內(nèi)，只能在軟件內(nèi)進(jìn)行修改，給使用者帶來(lái)了不便。為了方便以太網(wǎng)模塊的應(yīng)用，本文提出一個(gè)修改模塊參數(shù)的方法：將模塊的以太參數(shù)保存在一個(gè)外接的EEPROM內(nèi)，修改參 數(shù)時(shí)。上位機(jī)與MC9S12NE64進(jìn)行串口通信，通過(guò)單片機(jī)I/O口來(lái)讀出和修改EEPROM內(nèi)的參數(shù)，在上位機(jī)編寫(xiě)一個(gè)軟件界面．使用者修改參數(shù)時(shí)，只需對(duì)界面進(jìn)行操作。以太網(wǎng)模塊參數(shù)設(shè)置的軟件流程見(jiàn)圖5。
圖5 以太網(wǎng)參數(shù)設(shè)置軟件流程 VB6.0的MSComm控件能實(shí)現(xiàn)串口通信的功能，根據(jù)這一特點(diǎn)，用VB6.0編寫(xiě)一個(gè)串口通信界面（見(jiàn)圖6）。
圖6 參數(shù)設(shè)置界面 運(yùn)行界面后，通過(guò)MSComm控件定時(shí)、連續(xù)向串口發(fā)送串口識(shí)別碼，等待回復(fù)。MC9S12NE64單片機(jī)復(fù)位以后，先對(duì)接收到的串口數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判別數(shù)據(jù)是否是上位機(jī)的串口識(shí)別碼，如果是則回復(fù)上位機(jī)，進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置程序，否則進(jìn)入OpenTCP程序。參數(shù)設(shè)置的步驟是：將以太網(wǎng)模塊串口與上位機(jī)串口相連，打開(kāi)上位機(jī)界面，復(fù)位單片機(jī)，修改參數(shù)。 4 結(jié)論 本文利用MC9S12NE64單片機(jī)和OpenTCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)了單芯片的嵌入式以太網(wǎng)模塊，模塊的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，可廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)采集。同時(shí)提出了通過(guò)計(jì)算機(jī)和以太網(wǎng)模塊串口通信來(lái)修改模塊以太網(wǎng)參數(shù)的思想．并給出了參數(shù)設(shè)置的界面，簡(jiǎn)化了參數(shù)設(shè)置工作量。隨著網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字家庭、網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程控制和網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)采集的發(fā)展，嵌入式以太網(wǎng)模塊必 定會(huì)有很好的應(yīng)用前景。 本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：設(shè)計(jì)了一個(gè)單芯片的嵌入式以太網(wǎng)模塊．針對(duì)以太網(wǎng)模塊的實(shí)際需要對(duì)OpenTCP協(xié)議進(jìn)行最大量的裁減，減少了協(xié)議所占的內(nèi)存空間，提高了單片機(jī)運(yùn)行速度；提出了一個(gè)新的參數(shù)設(shè)置方法，減少了使用者參數(shù)設(shè)置時(shí)的工作量。 根據(jù)國(guó)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字家庭和網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域中對(duì)嵌入式以太網(wǎng)模塊的需求量估計(jì)．項(xiàng)目未來(lái)5年的經(jīng)濟(jì)效益為1600萬(wàn)元。 作者：陳建，陳萬(wàn)忠 來(lái)源：《微計(jì)算機(jī)信息》(嵌入式與SOC)2009年第6-2期 |
