1、,有些CPU芯片没有以太网控制器，如S3C44B0X，需要外接含有MAC控制器和物理层接口的芯片，如RTL8019/8029/8039，CS8900，DM9008等。图示电路中44B0X外接的网络接口芯片是RTL8019。RTL8019主要特性,RT8019有二种工作模式：跳线模式Jumper 非跳线模式Jumpless 在ES中一般用跳线模式，所以有固定的中断和固定的I/O口地址。I/O端口的基地址由44B0X和RTL8019的接线确定。8019有8个IRQ接口，8019与CPU的数据宽度默认值是8位，但可通过上拉或下拉电阻选定8位或16位。,地址：寄存器地址映射，从44BOX看，地址是0X
2、08000000，BANK4 从8019看系统采用8位数据总线，8019 内部寄存器和存储器中将起始地址设定为 00H 1FH，在系统中将起始地址设为300H，及基地址为300H，内部地址范围：300H 31FH（如A8，A9接高电平）。？,8019共有20根地址线：0000 0000 0011 0000 0000 0000 0000 0011 0001 1111 从44BOX看工作在BANK4，且8019 的A0A4与44B0X的A8A12连接，所以地址范围：0X0800 0000 0X0800 1F00，其中每个寄存器的偏移量是100H，,以太网的物理传输帧（IEEE802.3）,PR：同
3、步位，收发双方的时钟同步，也指明传 输的速率（10M、100M）SD：分隔位,表示下面跟着的是真正的数据,而 不是同步时钟DA：目的地址,以太网的地址为48位地址。如 果都为F,则是广播地址SA：源地址,48位,表明该帧的数据是哪个网卡 发的,即发送端的网卡地址,TYPE：类型字段，表明该帧的数据是什么类 型的数据。如：0800H 表示数据为IP包DATA：数据段，该段数据不能超过1500字节。PAD：填充位。以太网帧传输的数据包最小 不能小于60字节,当数据段不足46字节时，后面 补000000.（当然也可以补其它值）FCS:32位CRC数据校验位。该校验由网卡自动完成,PR,SD,PAD,
4、FCS这几个数据段是由网卡自动产生的；只需要理解DA、SA、TYPE、DATA四个段的内容所有数据位的传输由低位开始（传输的位 流使用曼彻斯特编码）以太网的冲突退避算法是由硬件自动执 行的,DA+SA+TYPE+DATA+PAD最小为60字 节,最大为1514字节。以太网卡可以接收三种地址的数据，一个是广播地址，一个是多播地址（在嵌入式的环境中一般不用），一个是它自已的地址。任何两个网卡的物理地址都是不一样的，是世界上唯一的，网卡地址由专门机构分配。,三 嵌入式TCP/IP协议栈 与完整的TCP/IP协议栈是相同的，但嵌入式系统的资源有限，嵌入式协议栈的一些指标，接口与普通的协议栈不同。普通协
5、议栈的接口是标准的，如winsockit，BSD sockit等，标准化的优点是为了应用软件的兼容性，但带来的问题是使用了大量的代码，效率低，处理器和存储器开销大。,1）嵌入式协议栈的可裁剪性 普通协议栈使用的完整的协议栈，因为PC机的资源丰富，对于嵌入式系统资源有限，可裁减性非常重要。2）嵌入式TCP/IP协议栈的平台兼容性 普通协议栈与操作系统结合的比较紧密，协议栈的实现依赖于操作系统提供的服务，移植较困难；嵌入式协议栈的设计一般对操作系统依赖性不大，便于移植。,3）嵌入式TCP/IP协议栈的几种形式基于软件实现基于硬件的实现 大多数TCP/IP协议栈使用软件实现，由于目前TCP/IP协议
6、栈已经成熟了，所以厂商将TCP/IP协议栈用硬件实现，可提高效率，降低成本。代理协议栈 有些产品不需要采用TCP/IP的全集，如EMIT方案，设备通过运行在网关上的代理间接地 接入TCP/IP网络。,4）嵌入式协议栈的选择 如采用硬件固化方式，还是软件方式？采用完整的协议栈，还是采用部分模块，还是代理方式？由所设计的电子系统/设备确定。通常可考虑以下问题：,与Interne连接方式；需要发送和接收信息的种类；在系统中使用软件或硬件协议栈的难度评估；增加一个协议栈，不同方案对原来的设计的变动大小；,成本比较，软件/硬件成本，总体增加的成本建议：如考虑的应用产品采用了功能比较强的处理器，而仅仅需要
7、实现网络连接，那么只需增加软件协议栈与网络的硬件接口可以了；如应用产品的存储器容量已经没有多少空间，或处理器的功能也有限，则采用网关协议代理的方式，或采用硬件固化的协议栈，是较明智的选择。,5、TCP/IP 协议的层次,应用层（Application）BSD套接字（BSD Sockets）传输层（Transport）TCP、UDP网络层（Network）IP、ARP、ICMP、IGMP数据链路层（Data Link）IEEE802.3 Ethernet MAC物理层（Physical）,嵌入式以太网中主要处理的协议,ARP（Address Resolation Protocol）地址解析协议
8、ICMP（Internet Control Messages Protocol）网络控制报文协议IP（Internet Protocol）网际协议TCP（Transfer Control Protocol）传输控制协议UDP（User Datagram Protocol）用户数据报协议,ARP协议 网络层用32 bit的IP地址来标识不同的主机，而链路层使用48 bit的物理（MAC）地址来标识不同的以太网接口。只知道目的主机的IP地址并不能发送数据帧给它，必须知道目的主机网络接口的MAC地址才能发送数据帧。ARP的功能是实现从IP地址到对应物理地址的转换。,源主机发送一份包含目的主机IP地址
9、的ARP请求数据帧给网上的每个主机,称作ARP广播，目的主机的ARP收到这份广播报文后，识别出这是发送端在寻问它的IP地址，于是发送一个包含目的主机IP地址及对应的MAC地址的ARP回答给源主机。每台主机上都有一个ARP高速缓存，存放最近的IP地址到硬件地址之间的映射记录。,IP协议IP工作在网络层，是TCP/IP协议族中最为核心的协议。所有的TCP，UDP，ICMP以及IGMP数据都以IP数据报格式传输。IP数据报最长可达65535字节,其中报头占32 bit的数目。包含各32 bit的源IP地址和目的IP地址。在嵌入式应用中，简化设计，IP数据报长度等于数据链路层的数据长度。,TCP协议T
10、CP：面向连接的可靠的传输层协议。TCP为两台主机提供高可靠性的端到端数据通信。主要包括:发送方把应用程序交给它的数据分成合适的小块，并添加附加信息（TCP头），包括顺序号，源、目的端口，控制、纠错信息等字段，称为TCP数据报。并将TCP数据报交给下面的网络层处理。接受方确认接收到的TCP数据报，重组并将数据送往高层。,UDP协议UDP是一种无连接不可靠的传输层协议。把应用程序传来的数据加上UDP头（包括端口号，段长等字段），作为UDP数据报发送出去，但是并不保证它们能到达目的地。可靠性由应用层来提供。就象发送一封写有地址的一般信件，却不保证它能到达。,基于ARM和uCOS-II的TCP/IP
11、协议 uCOS操作系统的内核中没有集成TCP/IP的协议栈，但是，TCP/IP的协议的特点决定了，它要想很好地实现，必须要有一个多任务操作系统的支持。在嵌入式应用的领域中，uCOS也是一个很好的选择。,嵌入式系统扩展接口的应用设计,四 RS485接口设计 计算机和外界信息交换最简单的通信方式就是使用串行通信。串行通信以RS-232和RS-485为代表，二者各有其应用领域，使用范畴也不尽相同：RS-232作为个人微型计算机的标准配置的使用已较为普遍；RS-485则大量应用于工业环境中，其长距离传输、抗噪声的优点使其得到迅猛发展。,一个系统往往由多台计算机组成，需要解决多站、远距离通信的问题。在要
12、求通信距离为几十米到上千米时，可采用RS-485收发器。RS-485收发器采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力，加上接收器具有高的灵敏度，能检测低达200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。使用RS-485总线，设备简单，价格低廉，能进行长距离通信。,1）RS-232接口 RS-232不采用TTL逻辑是为了提高信号的抗干扰能力和增加传输距离。由于逻辑“1”和逻辑“0”用相反的电压表示，使两种状态之间的电压差较大，这就极大的提高了数据传输的可靠性。逻辑0电平规定为+5V+15V之间，逻辑1电平为-5V-15V之间。,2）RS-485接口概述 在RS-422的基础上制定了RS
13、-485标准，增加了多点、双向通信能力，通常在要求通信距离为几十米至上千米时，广泛采用RS-485总线标准。RS-485采用平衡发送和差分接收，即在发送端，驱动器将TTL电平信号转换成差分信号输出；在接收端，接收器将差分信号变成TTL电平。具有较高的灵敏度，能检测到低至200mV的电压，具有抑制共模干扰的能力，数据传输可达千米以上。,RS485传输速率最高达1Mb/S，传输距离可达1000米以上（仅当速率低于100Kb/S时）。当波特率为1200bps时，最大传输距离理论上可达15km。RS485接口支持1对32 的多机通信模式，可方便地实现多机通信，,传输特性：RS-485数据信号采用差分传
14、输方式，也叫做平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一条线定义为A，另一条线定义为B。通常情况下，发送驱动器A、B之间的逻辑1电平在+1.5+6V；逻辑0电平在-6-1.5V。另有一个信号地C。,RS-485中“使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当“使能”端起作用时，发送驱动器处于高阻状态，称作“第三态”，即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态。接收器与发送端的规定相同，收、发端通过平衡双绞线将AA与BB对应相连，当在接收端AB之间有大于+200Mv的电平时，输出逻辑1，正电平；小于200mV时，输出逻辑0，负电平。接收器接收平衡线上的电平范围通常为200mV6V。,电气特性：RS
15、-485标准采用正逻辑，+1.5V+6V表示“1”，6V1.5V表示“0”，二线双端半双工差分电平发送与接收，无公共地线，能有效克服共模干扰、抑制线路噪声，传输距离1.2km，最高数据传输速率可达10Mb/s。RS-485可以采用二线与四线制方式，二线制可实现真正的多点双向通信。而采用四线制连接时，与RS-422一样只能实现点对多（只能有一个主设备，其余为从设备）的通信。,通信方式：RS485接口标准在通信方式，既可以采用半双工，也可以采用全双工的通信方式。常用的半双工通信芯片：SN75176，SN75276，MAX485等；常用的全双工芯片：SN75179，SN75180，MAX488等。,
16、数据帧格式：国内许多电子产品都含有通用异步串行传输接口UART，另外，RS-232接口也是PC的标准配置，因此，开发RS-485总线数据链路协议较好的方案是以字节式异步通信为基础，相应的帧格式如下：帧起始 地址域 控制域 帧长度 数据帧 校验,RS485接口双机通信的硬件设计 微机采用的是RS-232标准，且嵌入式系统的I/O端口输出的是TTL电平（+5V为“1”，-5V为“0”），在RS-485标准的电平范围内，与RS-232标准不符合，工作方式及控制机理也有差别，若要利用微机现成的COM1、COM2串口来实现RS-485标准通信，就需要有电平转换电路，对其硬件、软件进行相应的设计。单片机（
17、下位机）与微机（上位机）的RS-485标准远距离通信原理如方框图所示。,嵌入式系统,RS-485,RS-485,电平转换,微机串行口,芯片介绍1）RS-485与TTL的电平转换芯片MAX485 RS-485接口芯片有半双工和全双工两种。半双工芯片有SN75176、SN75LBC184、MAX485等；全双工有MAX490、SN75179、SN75180等。MAX485芯片是MAXIM公司的RS485接口芯片，芯片中包含有1个驱动器和1个接收器。,系统通信软件设计 系统通信协议：RS-485总线只制定了物理层电气标准，对上层通信协议没有规定，提供了很大的灵活性。一套完整的通信协议应从多个方面加以
18、考虑，即要求结构简单、功能完备，又要求具有可扩充性与兼容性，并且尽量标准化。,1）系统通信协议设定（1）PC端采用事件驱动的方式通信，查询发送；单片机串口工作方式为中断接收。（2）数据传输格式：可采用半双工、标准异步串行通信模式，其格式为：1位起始位、8位数据位、1位奇偶校验位、1位停止位。当通信线上没有数据被传送时处于逻辑“1”状态。当发送设备要发送一个字符数据时，首先发送一个逻辑“0”信号，这个逻辑低电平就是起始位。起始位通过通信线传向接收设备，接收设备检测到这个逻辑低电平后，就开始准备接收数据位信号。起始位所起到的作用就是使设备同步，通信双方必须在传送数据位前协调同步。,当接收设备收到起
19、始位后，紧接着就会收到数据位。这些数据位被接收到移位寄存器中，构成传送数据字符。在字符数据传送过程中，数据位从最低有效位开时发送，依次在接收设备中被转换成并行数据。停止位是一个字符数据的结束标志，可以是1位、1.5位或2位的低电平。接收设备接收到停止位后，通信线路上便又恢复逻辑“1”状态，直至下一个字符数据的起始位到来。,（3）波特率设定：通信波特率可选，如选择通信的波特率为2400b/s。（4）由于单片机发送的数据字符编码采用ASCII码进行通信传输，因此PC端的串口输入输出方式为字符串格式。,2.系统通信握手协议 系统中可规定单片机（下位机）与PC 之间的握手协议信号如下：呼叫信号标志：F
20、EH 呼叫信号错误标志：EFH同意接收信息标志：F0H数据接收不正确标志：F2H数据接收正确信息标志：F1H结束标志：E0H,握手原理为：单片机接收到PC 发送来的数据，开始响应中断。中断程序判断如果是呼叫信号（FEH），则发送F0H 到PC，表示同意接收数据；如果不是FEH，则表示呼叫信息错误，并且发送EFH 到PC,请求重新发送呼叫信息（如果PC已经准备发送数据）。,当PC 接收到同意接收信息标志（F0H）后，开始发送真正的数据信息（共4 个字节），单片机开辟了一个字节的地址单元作为记数存储单元,每收到一个数据后，对该单元加1，当计数到4时即接收到了4个数据信息（一帧中的第25字节），将其
21、存储到指定的RAM区。接收完数据后，PC 开始发送结束位信息（E0H），单片机收到此信息，知道真正的数据位到此结束,然后接收下一个字节（校验字节），收到校验字节，单片机判断此校验字节与收到的数据中1的个数是否相等？如果相等则表示数据接收正确，于是发送F1H（数据接收正确）信号到PC，否则发送F2H（数据接收错误）信号到PC，通知PC重新发送数据。在设计这个协议的时候，考虑到单片机与PC之间数据流量很小，因此单片机要求PC重新发送数据，是重新发送一帧的错误（包括呼叫信号、数据信息、结束标志），而不是出现错误的真正的数据信息。,五 GPRS远程通信系统的设计GPRS接口：通用分组无线业务的简称，是
22、GSM移动电话用户的一种数据业务，通过使用GSM网络空闲的TDMA信道，以封包的形式来进行数据传输，通信速率可从56Kb/S到115Kb/S。GPRS接口模块与AT指令集 常用GPRS通信模块有：SIM100-E，SIM-300，TC35等型号。对于数据传输，这三种型号均可满足。,SIM100-E 通信模块是SIMCOM公司推出的GSM/GPRS双频模块，主要为语音传输，短消息，和其他数据业务提供的无线接口 SIM100-E 通信模块集成了完整的射频电路，GSM的基带处理器，适合开发一些GSM/GPRS的无线应用产品，如移动电话，无线POS机，无线抄表系统及无线数据传输业务，应用范围广泛。SI
23、M100-E 通信模块为用户提供了完整的系统接口。60个引脚是SIM100-E 通信模块与应用系统的接口,主要提供：外部电源，RS-232串口，SIM卡接口和音频接口。SIM100-E 通信模块使用锂电池等，或外部直流电源供电，电源范围：3.3 4.6V，电源至少应具备2A的峰值电流输出能力。SIM100-E 通信模块提供标准的RS-232接口，用户可以通过串行接口使用AT命令完成模块的操作。SIM100-E 模块串行接口支持的波特率300，1200等，通常默认为：115200。,用户可先用SIM100-E 模块默认的115200与模块通信，然后可以使用AT+IPR=rate 命令自由切换到其
24、他通信速率。具体应用中模块可以只用三个引脚：TXD，RXD，GND S3C2410处理器，采用MAX232芯片可完成GPRS模块的TTL电平到RS-232的转换，从而建立GPRS模块与S3C2410处理器连接。,SIM100-E 模块提供了完整的音频接口应用设计只需要加上少量的外围辅助器件，为MIC提供工作电压和射频旁路。通过AT+CHFR命令可切换主副音频通道。SIM100-E 模块的射频部分支持GSM900/DCS1800双频，应采用GSM900/DCS1800双频天线，天线阻抗应满足50欧姆.,SIM100-E 模块支持外部SIM卡，模块自动检测和适应SIM卡类型。对用户而言，GPRS模
25、块实现的就是一个移动电话的基本功能，该模块正常的工作是需要电信网络支持的，需要配备一个可用的SIM卡，在网络服务和计费与手机类似。,SIM100-E 模块还具有一套标准的AT命令集，包括一般命令，呼叫控制命令，网络服务相关命令，电话本命令，短消息命令，GPRS命令等，实际应用中嵌入式系统通过串口向SIM100-E 模块发送AT命令控制GPRS模块实现不同的功能。,六 I2C总线 I2C BUS（Inter IC BUS）是Philips推出的芯片间串行传输总线，它以二根连线实现了完善的全双工同步数据传送，可以方便的构成多机系统和外围器件扩展系统。使用I2C总线可以在嵌入式系统有限I/O口资源内
26、发挥其最大作用，而并不需要额外的外接I/O扩展电路。,1 I2C总线的基本原理1）总线上数据的有效性 I2C总线的时钟线SCL和数据线SDA都是双向传输线，I2C总线数据传输时，在时钟线高电平期间数据线上必须保持有稳定的逻辑电平状态，高电平为数据1，低电平为数据0。只有在时钟线为低电平时，才允许数据线上的电平状态变化。如图所示。2）总线数据传送的起始与停止I2C总线数据传送时有两种时序状态被分别定义为起始信号和终止信号，如图所示。,起始信号：在时钟线保持高电平期间，数据线出现由高电平向低电平变化时启动I2C总线，为I2C总线的起始信号。终止信号：在时钟线保持高电平期间，数据线出现由低到高的电平
27、变化时将停止I2C总线的数据传送，为I2C总线的终止信号。,起始信号与终止信号都是由主控制器产生。总线上带有I2C总线接口的器件很容易检测到这些信号。但是对于不具备这些硬件接口的一些微处理器来说，为了能准确地检测到这些信号，必须保证在总线的一个时钟中期内对数据线至少进行两次采样。,3）I2C总线上的数据传送 I2C总线上传送的每一个字节均为8位，但每启动一次I2C总线，其后的数据传输字节数是没有限制的。每传送一个字节后都必须跟随一个应答位，并且首先发送的数据位为最高位，在全部数据传送结束后主控制器发送终止信号。,应答信号 I2C总线数据传送时，每传送一个字节数据后都必须有应答信号，与应答信号相
28、对应的时钟由主控器产生，这时，发送器必须在这一时钟位上释放数据线，使其处于高电平状态，以便接收器在这一位上送出应答信号。应答信号在第9个时钟位上出现，接收器输出低电平为应答信号（A），输出高电平则为非应答信号（）。,由于某种原因，被控器不产生应答时，如被控器正在进行其他处理而无法接收总线上的数据时，必须释放总线，将数据线置高电平，然后主控器可通过产生一个停止信号来终止总线数据传输。当主控器接收数据时，接收到最后一个数据字节后，必须给被控发送器发送一个非应答位（），使被控发送器释放数据线，以便主控制发送停止信号，从而终止数据传送。,数据传送格式 I2C总线数据传输时必须遵循规定的数据传送格式。按
29、照总线规约，起始信号表明一次数据传送的开始，其后为寻址字节，寻址字节由高7位地址和最低1位方向位组成，方向位表明主控器与被控器数据传送方向，方向位为“0”时表明主控器对被控器的写操作，为“1”时表明主控器对被控器的读操作。在寻址字节后是按指定读、写操作的数据字节与应答位。在数据传送完成后主控器都必须发送停止信号。,PCF8591是典型的具有I2C总线接口的8位A/D、D/A转换器，该器件为单一电源供电，CMOS工艺，有4路A/D转换模拟输入、1路D/A模拟输出。A/D转换为逐次比较型，输入部分有采样、保持电路。最大转换速率与I2C总线传输率有关。A/D、D/A转换的基准电源由外部供给。主要特性：工作电压 2.5-6V；（此设计中工作电压是5V）；低功耗，备用电流小于15mA；4个模拟量输入端可以编程为单端输入或差分输入；（此设计中使用单端输入）；模拟量输入通道自动增量选择；模拟输入电压范围为
