单片机实现串口协议的网络化

　　第一步，实现ARP协议。ARP协议是"AddressResolutionProtocol"（地址解析协议）的缩写，它的作用是将IP地址转换成物理地址（就是常说的MAC地址）。协议ARP的分组格式如表4:

　　当单片机主处理器处理网卡收到的ARP广播请求时，如果发现是请求“192.168.0.176”的MAC地址，于是按要求打一个ARP应答包，将自己的MAC地址放到应答包中，发送回网络就完成了PING的第一步。注意，要在应答包尾加18byte的补丁，否则应答包长度不满足最小60byte的要求。

　　第二步，实现ICMP协议。ICMP是“InternetControlMessageProtocol”（Internet控制消息协议）的缩写。用于在IP主机、路由器之间传递控制消息。控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。这些控制消息虽然并不传输用户数据，但是对于用户数据的传递起着重要的作用。

　　ICMP是封装在IP协议中，所以有IP包头。

　　ICMP协议结构如表5：

　　网络主机在收到ARP的应答包后，取出其中的MAC地址，然后向该MAC发出ICMP请求。主处理器处理该请求时，将请求包的标识和序列号对应填入ICMP应答包，其它部分按要求填写。校验和的计算有成熟的公式，容易计算，只要先把校验和部分置0,将包头的计算结果再填入校验和就可以了。

　　最后将该ICMP应答包送入网络，这样就完成了PING的全过程。此时，发出PING命令的网络主机就会得到“Replyfrom192.168.0.176:bytes=32time<10msTTL=128”的信息。

　　4　串行数据与网络的数据交换的讨论

　　网络层之上，有两种传输层协议：TCP（Trans2missionControlProtocol）和UDP（UserDatagramProtocol）。对于数据传输要求高的场合，需要使用TCP协议作为双方通信方式，但此种方式较为复杂。而对于一些实时信号及其反向控制信号的传递，实现UDP协议就可以满足要求了。表6是UDP协议结构：

　　当原始数据从串口送到到主处理器后，主处理器将其打包成UDP报文，发送到网络中。网络端监控主机接收并处理该UDP报文，然后将控制信息同样以UDP报文发出。主处理器把网络控制信号返回给串口。这样，我们在Internet中就可以方便地完成对现场串口数据源的监视和控制过程。

　　5　结语

　　因为单片机对于各种电器设备有良好的接入和控制能力，所以，我们实现了单片机的网络接入功能后，就在电器的硬件设备和网络之间建起了一道桥梁。通过它，可以实现对各种实时信号、仪器仪表、家用设施等目标的远程监视，在宏观上对各种设备统一管理，实现人与系统的和谐的交互。这必将大大提高工作效率，改善工作环境，提升人们的生产、生活水平。

　　RTL8019AS内部划分为远程DMA（RemoteDMA）通道和本地DMA（LocalDMA）通道两个部分。本地DMA完成控制器与网线的数据交换，远程DMA完成主处理器与网卡数据交换。单片机主处理器收发数据只需对远程DMA操作。接收数据时，RTL8019AS接收到的数据通过MAC比较、CRC校验后，由FIFO存到接收缓冲区，收满一帧后，以中断或寄存器标志的方式通知主处理器，主处理器通过远程DMA通道将其读出。当主处理器要向以太网发送数据时，先将一帧数据通过远程DMA通道送到RTL8019AS中的发送缓存区，然后发出传送命令；RTL8019AS在完成了上一帧的发送后，再完成此帧的发送。

　　所谓的DMA就是直接内存访问（DirectMem2oryAccess）。普通的寻址方式是给出一个地址，然后取出对应的值。而在DMA方式下，我们指定一个寄存器地址，主机只要反复地读取或写入这个地址，就可以取出或写入大量的数据。网卡指定的远程DMA端口就是这个用途。设置好起始地址和读出的byte数后，我们反复读远程DMA端口，就可以将网卡里从网线收到的数据包，从0x400020x7fff的RAM区读出；反之，同样设置好起始地址和写入的byte数后，我们反复写远程DMA端口，就可以将数据发送到网卡的发送缓冲RAM中，然后发出发送的命令，就可以把数据包发送到网线中。

　　2.3　网卡的初始化过程

　　复位，使RSTDRV先高后低，注意每一步都要有100ms的延时，以确保复位成功。然后进行热复位，就是先后读、写网卡复位端口。

　　使CR=0x21,停止芯片运行，选择页面0。

　　使RBCR1=0;RBCR0=0,将远程DMA操作的传输字节数清零。

　　使PSTART=0x46;PSTOP=0x80;BNRY=0x46,设置接收开始页面、结束页面和边界页面。

　　使IMR=0x0,清除中断屏蔽寄存器。

　　使RCR=0x08+0x04,设置接收配置寄存器，允许接收多址和广播报文。

　　使TCR=0,设置发送配置寄存器，使用默认配置。

　　使DCR=0x80+0x40+0x00,设置数据配置寄存器，选择字节DMA。

　　使ISR=-1,设置中断状态寄存器，清除所有已有中断。

　　使用DMA方式，从0000H2000BH中取得本网卡MAC地址。注意，MAC地址每个byte都是重复一遍存放的，所以只要取单数1、3、5等byte就可以了。

　　使CR=0x61,选择页面1。

　　将刚才取得的MAC地址放入PAR0-5中。网卡检查接收到的包是否和PAR里MAC值匹配，然后决定收下或丢弃。所以，也可以任意设置这个PAR值，来伪造自己的MAC值。

　　将MAR02MAR7全部设为0xFF,允许接收所有的多址数据包。

　　使CURR=0x47,设置当前接收页面为0x47。

　　使CR=0x22,启动网卡芯片，开始接收和发送过程。

　　2.4　网卡工作接收和发送过程

　　网卡RAM是以256byte为一页，是按页存储的结构，16bit的RAM地址高8bit又叫页码。网卡的16k的RAM地址从0x400020x7fff,从页0x40到页0x7f,一共有64页。64页被接收和发送数据包用。接收和发送都是以页为最小的单位进行的。接收缓冲区需要定义，剩下的就可以作为发送缓冲区。

　　接收缓冲区由两个寄存器决定：PSTART（PageStartRegister）和PSTOP（PageStopRegister）。设置了接收缓冲区之后，这个缓冲区就形成了一个循环队列。控制接收缓冲区的有两个寄存器CURR、BNRY。CURR是网卡写缓冲区的指针，指向当前要写的页；BNRY是读指针，指向用户已经读走的页。

　　BNRY不可以超过CURR,否则没被用户读取的数据就被覆盖了。用户设置完了CURR以后，就不用管它，网卡接收到新的数据后，会自动修改它。用户读出数据后，要修改BNRY的值，以通知网卡该数据已经读出了。