TCP/IP协议单片机在网络通信中的数据传输技术

介绍了嵌入式TCP/IP协议单片机在网络通信中的数据传输技术。将TCP/IP协议嵌入式单片机中,借助网卡芯片CS8900实现了单片机在局域网内和通过局域网在因特网上的数据传输。用户终端以单片机系统板为媒介,通过网络与远程数据终端实现数据通信。

关键词：TCP/IP协议 单片机 因特网 局域网 网卡芯片

在因特网上,TCP/IP协议每时每刻保证了数据的准确传输。在数据采集领域,如何利用TCP/IP协议在网络中进行数据传输成为一个炙手可热的话题。在本系统中,笔者利用TCP/IP协议中的UDP（用户数据报协议）、IP（网络报文协议）、ARP（地址解析协议）及简单的应用层协议成功地实现了单片机的网络互连,既提高了数据传输的速度,又保证了数据传输的正确性,同时也扩展了数据传输的有效半径。

1 TCP/IP协议简介

TCP/IP协议是一套把因特网上的各种系统互连起来的协议组,保证因特网上数据的准确快速传输。参考开放系统互连（OSI）模型,TCP/IP通常采用一种简化的四层模型,分别为：应用层、传输层、网络层、链路层。

（1）应用层

网络应用层要有一个定义清晰的会话过程,如通常所说的Http、Ftp、Telnet等。在本系统中,单片机系统传递来自Ethernet和数据终端的数据,应用层只对大的数据报作打包拆报处理。

（2）传输层

传输层让网络程序通过明确定义的通道及某些特性获取数据,如定义网络连接的端口号等,实现该层协议的传输控制协议TCP和用户数据协议UDP。在本系统中使用UDP数据报协议。

（3）网络层

网络层让信息可以发送到相邻的TCP/IP网络上的任一主机上,IP协议就是该层中传送数据的机制。同时建立网络间的互连,应提供ARP地址解析协议,实现从IP地址到数据链路物理地址的映像。

（4）链路层

由控制同一物理网络上的不同机器间数据传送的底层协议组成,实现这一层协议的协议并属于TCP/IP协议组。在本系统中这部分功能由单片机控制网卡芯片CS8900实现。

2 硬件框图

如图1所示,系统提供RJ45接口连接Ethernet网络,并且提供一个串口给用户使用。系统板可以将从Ethernet上过来的IP数据报解包后送给串口,也可将从串口过来的数据封装为IP包送到局域网中。外部RAM使用61C1024（128KB）,从而为数据处理提供了很大的缓存;使用E2PROM——X25045,既可以作为看门狗使用,也可以将IP地址、网卡物理地址和其他参数保存在里面。

CS8900芯片是Cirrus Logic公司生产的一种局域网处理芯片,它的封装是100-pin TQFP,内部集成了在片RAM、10BASE-T收发滤波器,并且提供8位和16位两种接口,本文只介绍它的8位模式。

NE103是一种脉冲变压器,在CS8900的前端对网络信号进行脉冲波形变换。

3 工作原理

3.1 CS8900的工作原理

CS8900与单片机按照8位方式连接,网卡芯片复位后默认工作方式为I/O连接,基址是300H,下面对它的几个主要工作寄存器进行介绍（寄存器后括号内的数字为寄存器地址相对基址300H的偏移量）。