基于ATmega64的远程控制系统的研究

随着互联网的日益普及，各种家电设备、仪器仪表以及工业生产中的数据采集与控制设备在逐步地走向网络化，以实现分布式远程监控、信息交换与共享。目 前广泛使用的以太网以及TCP/IP 协议已经成为最常用的网络标准之一，其高速、可靠、分层以及可扩充性使其在各个领域的应用越来越灵活，很多情况下采用以太网和TCP/IP，能够简化结构 和降低成本。

目前大多数智能设备和仪表都是采用RS232/485 或USB通讯方式，不具备远程控制和数据传输能力。 利用以太网实现工业系统远程控制， 通过互联网共享小型嵌入式设备的信息，是工业控制研究的发展趋势。本系统采用高速单片机ATmega64及RTL8019AS 以太网控制器，用嵌入式TCP/IP 协议可以实现TCP和UDP等网络功能,进一步实现HTTP协议服务,实现Web Sever 及接入Internet 的功能。

1 系统硬件设计

系统的结构框图如图1所示， ATmega64是基于增强的AVR RISC 结构的低功耗8位CMOS微控制器。内带64KB的Flash、2KB的E2PROM、4KB的SRAM。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时 间，ATmega64 的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，从而可以满足系统在功耗和处理速度方面的要求。

RTL8019AS 是一种高度集成的10MB以太网控制器，与NE2000兼容, 支持8位、16位数据总线;内置16KB SRAM缓存;可连接同轴电缆和双绞线,并可自动检测所连接的介质。以太网隔离滤波器选用20F00IN。

RTL8019AS 与主处理器的接口方式有三种:跳线方式、PNP(即插即用)方式和免跳线方式。RTL8019AS 的第65 脚JP 决定网卡的工作方式，本设计中JP脚接高电平(VCC),即使用跳线方式，此时可以省掉外部E2PROM 93C46芯片。单片机通过I/O 模式访问以太网控制器。RTL8019AS 必须工作在8位模式下，其引脚IOCS16B经电阻接地。电路框图如图2所示。

RTL8019AS本身具有地址译码功能，所有的控制功能或数据传输都是通过访问地址偏移为00H～1FH的寄存器完成的，所以只需要5条地址 线(SA4～SA0)。在跳线方式下RTL8019AS的I/O 地址由引脚 IOS3～IOS0决定,将IOS3～IOS0对应引脚全部接低电平,这时RTL8019AS的I/O 基地址为300H，因此可以用SA8 和SA9进行片选接至单片机的PC7。当PC7引脚置高电平时选中RTL8019AS ，当PC7引脚置低电平时选中外部RAM，而将片选信号AEN接地，这种片选方式可以节省一个反向器。AUI 用来检测在AUI接口外部MAU 的使用情况。当该引脚未用时，应该接地。

介质的选择由引脚PL1和PL0决定，RTL8019AS 还具有自动测试介质连接是否成功的功能。无屏蔽双绞线(UTP)电缆是目前使用最为普遍的电信介质类型。为了更方便地将嵌入式以太网模块接入到局域网中， 本设计采用RTL8019AS 与双绞线连接的接口电路，即将PL0、PL1 接地。

2 以太网控制器的工作过程

以太网控制器的 RAM 以 256 字节为一页，是按页存储的结构，16位RAM地址的高 8位又叫页码。以太网控制器的16KB RAM的地址从0x4000～0x7FFF，即从页0x40 到页0x7F，共有64 页用来接收和发送数据包。这64页RAM是一块双端口RAM。所谓双端口就是说有两套总线连接到该RAM，总线A 用于以太网控制器读/写片上RAM，总线B 用于单片机读/写以太网控制器上的 RAM。总线A又叫Local DMA，总线B 又叫 Remote DMA。

2.1 数据包的发送过程

(1) 封装数据包：数据包在发送前，单片机将其按如图3所示的以太网帧格式封装好,并存放在外部SRAM。

(2)通过远程DMA将数据包写入到 RLT8019AS 的数据发送缓冲区， 数据的目的缓冲区首地址和字节数由内部寄存器RSCR0、1设定。

(3) 通过RTL8019AS的本地DMA将数据送入FIFO 缓冲器进行发送。

2.2 数据包的接收过程

(1)本地 DMA 将需要接收的数据包存入到接收缓冲环中。

(2)由远程 DMA 将接收缓冲环中的数据包写入到外部 SRAM 中。

如果以太网控制器运行正常，接收到数据包时自动启动本地 DMA 将数据存入接收缓冲环中，也就是说第一步是由 RTL8019AS 自动完成的。但是，接收缓冲环的范围需要设置，PSTART、PSTOP 分别用于设置接收缓冲环的起始页和发送页，设置了接收缓冲环之后，接收到的第一个数据包放置的位置由当前页面寄存器CURR 决定。