以太网远程温度监控系统的设计

收到的数据包将被丢弃不要， 而不会覆盖旧的数据， 实际上此
时 出现 了 内 存溢 出 。当 ＣＵＲＲ＝ＢＮＲＹ＋１， 网 卡 的 接 收 缓 冲 区 里
没有数据， 表明没有收到数据包。 用户通过这个判断可以知道 有没有数据包可以读。当上述条件不成立时， 表示接收到新的 数据包， 用户读取数据包。直到上述条件成立时， 表示所有数据 包已经读完， 此时停止读取数据包。
嵌 入 式 Ｗｅｂ 服 务 器 技 术 ， 提 出 了 基 于 以 太 网 的 远 程 温 度 监 控
系 统 的 设 计 方 案 。该 方 案 成 功 的 实 现 了 温 度 采 集 和 控 制 的 网 络
化， 具有结构简单， 成本低， 传输稳定等优点。
２ 远程温度监控系统的硬件电路设计
远 程 温 度 监 控 系 统 硬 件 平 台 主 要 由 微 处 理 器 Ｗ７８Ｅ５１６Ｂ、 以 太 网 控 制 器 ＲＴＬ８０１９ＡＳ、数 据 存 储 器 ＷＳ６２２５６、网 络 隔 离 变 压 器 ２０Ｆ－ ０１、 用 于 片 选 的 ＡＴＦ１６Ｖ８Ｂ 以 及 数 字 化 温 度 传 感 器 ＤＳ１８Ｂ２０ 等器件组成。硬件总体框图如图 １ 所示。
读出指针， 由主机程序控制 。根 据 ＣＵＲＲ、ＢＮＲＹ＋１ 可以 判 断 是
否收到新的数据 包， 新 收 到 的数 据 包 存于 以 ＣＵＲＲ 指 出的 地 址
为首址的 ＲＡＭ 中。当 ＣＵＲＲ＝ＢＮＲＹ 时， 表示缓冲区全部 被 存
满 ， 数 据 没 有 被 用 户 读 走 ， 这 时 网 卡 将 停 止 往 ＲＡＭ 写 数 据 ， 新
嵌 入 式 Ｗｅｂ 服 务 器 的 实 现 方 法 。 该 方 案 使 用 户 能 通 过 任 意 ＩＥ 浏 览 器 实 现 对 远 程 端 温 度 的 监 控 。
关键词： 单片机； 以太网； ＴＣＰ／ＩＰ 协议； ＤＳ１８Ｂ２０
中图分类号： ＴＰ３９３．１
文献标识码： Ｂ
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ ａ ｒｅｍｏｔｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ８－ ｂｉｔ ｍｉｃｒｏｃｏｎ－ ｔｒｏｌｌｅｒ． Ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｆｒａｍｅ ｐｉｃｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ， ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ＴＣＰ／ＩＰ ｓｔａｃｋ ａｎｄ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｗｅｂ ｓｅｒｖｅｒ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｇｉｖｅｎ．
６ 页的发送缓存区， 一个用于数据包发送， 另一个用于构造数据
包， 通过标志位区分， 交替使用， 提高发送效率。
（３） ＲＴＬ８０１９ＡＳ 接收数据
接收数据采用查询方式。接收数据时， 接收缓冲区构成一
个循 环 ＦＩＦＯ 队 列。ＰＳＴＡＲＴ、ＰＳＴＯＰ 两 个 寄 存 器 限 定 了 循 环 队
列的开始和结束页； ＣＵＲＲ 为写 入 指 针， 受 芯 片 控制 ； ＢＮＲＹ 为
为高 电 平有 效 ， 至 少 需 要 ８００ｎｓ 宽 度 的 脉 冲 。 复 位 过 程 将 执 行
一些操作， 至少需 要 ２ｍｓ 的 时间 ， 推 荐 等待 更 久 的时 间 之 后（ 如
１００ｍｓ） 再对它操作， 以确保完全复位。复位后， 应对 ＲＴＬ８０１９ＡＳ
初始化， 初始化页 ０ 与页 １ 的相关寄存器； 页 ２ 的寄存器是只
片选问题。片选采用 ＧＡＬ 器件 ＡＴＦ１６Ｖ８Ｂ， 其译码逻辑为：
ｒａｍｌｃｓ＝Ａ１５；
数据存储器片选
新
的 嵌入 式 Ｗｅｂ 服 务 器 技 术 实 现 数 据 交 换 将 具 有 较 高 的 实 用 价
ｒａｍｈｃｓ＝Ａ１５＆Ａ１４＆Ａ１３＆Ａ１２＆Ａ１１＆Ａ１０＆Ａ９＃！ Ａ１５； 数 据
值 。温度 是 程 控机 房 、档 案室 、图 书 馆、农 业 生 产基 地 等 众多 场 存储器片选
⑩ 设置 ＩＳＲ＝０ｘｆｆ， 清除所有中断标志位。
（２） ＲＴＬ８０１９ＡＳ 发送数据
ห้องสมุดไป่ตู้
发送数据时， 先将待发送的数据按以太网Ⅱ帧格式封装，
通过远程 ＤＭＡ 操作将数据写入 ＲＴＬ８０１９ＡＳ 的 ＲＡＭ， 然后给出
发送缓冲区首地址和数据包长度（ 写入 ＴＰＳＲ、ＴＢＣＲ０、ＴＢＣＲ１） ，
存 放 数 据 长 度 是 低 位 放 在 ＴＢＣＲ０， 高 位 放 在 ＴＢＣＲ１， 启 动 发 送
数据 线 和地 址 线 均采 取 总 线方 式 ， 即 ８ 位 数 据 线 和 １６ 位 地 址 线 。 在 实 际 应 用 中 ＲＴＬ８０１９ＡＳ 需 要 用 到 的 管 脚 有 ， ＳＡ０￣ ＳＡ１９ 为网卡的地址线， ＳＤ０￣ＳＤ７ 为网卡的数据线。ＲＴＬ８０１９ＡＳ 的 ６４、７４、７７ 三 个 管脚 悬 空 ， ＲＴＬ８０１９ＡＳ 芯片 会 自 动检 测 ， 如 果 检测到 ｌ０ＢＡＳＥ－ Ｔ 信号， 则选择接口类型 ＵＴＰ， 否 则 选 择接 口 类 型为 ＢＮＣ。ＲＴＬ８０１９ＡＳ 提 供 三种 配 置 Ｉ／Ｏ 端 口 和 中 断 的 模 式 ， 由于单片机资源有限， 不需要实现即插即用 ， 而 ＲＴ 免 跳线 模 式 需要 外 接 一个 Ｅ２ＰＲＯＭ （ ９３４６ ）， 因 此 这里 选 择 跳 线 模 式 ， 虽 然 这是最简单的一种模式， 但是系统需要的功能完全可以实现。 选 择跳 线 模 式， ＪＰ 端 接 高 电 平 。ＲＴＬ８０１９ＡＳ 内 置 了 １０ＢＡＳＥ－ Ｔ
新
⑤ ＤＣＲ＝０ｘｃ８， 使用 ＦＩＦＯ 缓存， 普通模式， ８ 位数据 ＤＭＡ。 ⑥ ＩＭＲ＝０ｘ００， 设置中断屏蔽寄存器， 屏蔽所有中断。
⑦ 设置组播地址寄存器 ＭＡＲ０～ＭＡＲ７， 均设置为 ０ｘ００。
⑧ 设置网卡物理地址寄存器 ＰＡＲ０～ＰＡＲ５。
⑨ ＣＲ＝０ｘ２２， 选择页 ０ 的寄存器， 进入正常工作状态。
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控制系统
基于以太网远程温度监控系统的设计
Ｄｅ ｓ ｉｇ ｎ ｏ ｆ Ｒｅ ｍ ｏ ｔｅ Ｔｅ ｍ ｐ ｅ ｒａ ｔｕ ｒｅ Ｍｏ ｎ ｉｔｏ ｒｉｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ｃｏ ｎ ｔｒｏ ｌｌｉｎ ｇ Ｓ ｙｓ ｔｅ ｍ Ｂａ ｓ ｅ ｏ ｎ Ｅｔｈ ｅ ｒｎ ｅ ｔ
３．２ ＴＣＰ／ ＩＰ 协议栈的实现
图 ２ ＴＣＰ／ＩＰ 协议栈主流程框图 ＴＣＰ／ＩＰ 协 议 栈 的 设 计 是 以 ＴＣＰ／ＩＰ 协 议 参 考 模 型 为 核 心 。 参考模型中的物理层和数据链路层由网络接口芯片 ＲＴＬ８０１９ＡＳ 及其驱动程序完成的。ＴＣＰ／ＩＰ 协议栈的主体设计分 为 横 向 和 纵 向 两 条 主 线 。横 向 主 线 包 括 收 发 缓 存 设 计 和 定 时 器 设计。纵向主线包括 ＡＲＰ（ Ａｄｄｒｅｓｓ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ， 地址解析 协议 ） 模 块、ＩＰ（ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ， 互 联 网 协议 ） 模 块 、ＩＣＭＰ（ Ｉｎｔｅｒ－ ｎｅｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｅｓｓａｇｅｓ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ， 因 特 网 控 制 报 文 协 议 ） 模 块 、ＴＣＰ （ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ， 传 输 控 制 协 议 ） 模 块 和 ＨＴＴＰ （ Ｈｙｐｅｒ Ｔｅｘｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ， 超文本传输协议） 模块的 设 计 。在应 用 层 以 ＨＴＴＰ 协 议 和 公共 网 关 接 口 ＣＧＩ 技 术 为 基 础 ， 构 建 了 嵌 入 式 Ｗｅｂ 服务器， 实现 浏 览 器和 服 务 器的 动 态 交互 。ＴＣＰ／ＩＰ 协 议 栈 主流程框图如图 ２， 各模块的功能如下： ① ＨＴＴＰ 实现 Ｗｅｂ 功能。响应客户 机 的 请求 ， 实 现 动态 交 互功能。 ② 传输层采用 ＴＣＰ 方式。ＴＣＰ 协议是面向连接的、端对端 的可 靠 通信 协 议 。ＴＣＰ 采取 了 很 多机 制 来 保 证 它 的 可 靠 性 ， 包 括 ＴＣＰ 连 接 的 建 立 与 关 闭 机 制 、超 时 重 传 机 制 、数 据 包 确 认 机 制 、流 量 控 制 机 制 。 ③ ＩＰ 实 现 对数 据 包 的 校 验 检 测 和 传 输 ， ＩＣＭＰ 是 调 试 响 应 ＰＩＮＧ 的 请 求 ， 检测 网 路 是否 通 顺 。ＡＲＰ 是地 址 解 析协 议 ， 具 体 处理过程为， 当接收到 ＡＲＰ 数据包， 处理器 就查 看 ＩＰ 地 址是 请 求 还是 响 应 ， 如果 是 响 应 ， 则 将 响 应 中 的 网 卡 地 址 存 到 ＡＲＰ 高 速 缓 存表 中 （ 该 表保 留 的 是最 近 １０ 次 与服 务 器 通信 的 网 卡 地 址） ； 如果是请求， 处理器将返回自己的网卡物理地址给对方。 ④ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ 层 即 接 口 层 的 工 作 主 要 由 网 卡 控 制 器 芯 片 ＲＴＬ８０１９ＡＳ 来完成， 负责接收和发送数据。 ３．３ ＤＳ１８Ｂ２０ 的温度采集程序 温 度 采 集 并 没 有 采 用 传 统 的 温 度 传 感 器 与 Ａ／Ｄ 组 合 的 采 集 方 式 ， 而 是 采 用 ＤＡＬＬＡＳ 最 新 单 线 数 字 温 度 传 感 器 ＤＳ１８Ｂ２０。它 具 有 体 积 更 小 、适 用 电 压 宽 、经 济 便 宜 等 特 点 。简 单 的硬件接口是以相对复杂的接口编程为代价的， 各器件与单片 机 之 间 的 接 口 协 议 （ 包 括 初 始 化 、写 ０、写 ｌ、读 ０、读 １ 等 协 议 ） 要通过严格的时序来保证。
有 ６４ 页 。 页 的 地 址 就 是 地 址 的 高 ８ 位 ， 页 地 址 范 围 为 ０ｘ４０～
０ｘ７ｆ。这 １６ｋ 的 ＲＡＭ 的一部分用来存放接收的数据包， 一部分
用来存储待发送的数据包。文中使用 ０ｘ４０～０ｘ４ｂ 为网卡的发送
缓冲 区 （ 共 １２ 页 ） ， 刚 好 可以 存 储 ２ 个最 大 的 以太 网 数 据 包 ； 使
收发器， 所以网络接口的电路比较简单， 只需外接一个隔离低
术 通滤波器。ＬＥＤ０， ＬＥＤ１ 各接一个发光二极管以反映通讯状态。
温度采集采用单总线数字温度传感器 ＤＳ１８Ｂ２０。串口主要用于
创 程序下载和调试。由于外部扩展了 ６４Ｋ 的 ＲＡＭ， 所以这里存在
入式系统选择 Ｗｅｂ 服务器的方式与 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ 进行数据交换。而 以太网 是构 筑 现 代 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ 网 络 的 基础 ， 因 此 选择 基 于 以太 网
（１．西安文理学院；２．西安科技大学） 孙 静 １ 王 再 英 ２
Ｓ ＵＮ Ｊ ｉｎｇ ＷＡＮＧ Ｚａｉ－ｙｉｎｇ
摘要： 本 文 提 出 一 种 基 于 ８ 位 单 片 机 的 远 程 温 控 系 统 的 设 计 方 案 ， 文 中 给 出 了 系 统 的 硬 件 框 图 ， 以 及 简 化 ＴＣＰ／ＩＰ 协 议 栈 和
Ｕｓｅｒｓ ｃａｎ ｍｏｎｉｔｏｒ ｔｈｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｈｒｏｕｇｈ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｅｘｐｌｏｒｅｒ ｂｙ ｔｈｉｓ ｓｃｈｅｍｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： Ｍｉｃｒ ｏｃｏｎｔｒ ｏｌｌｅｒ ； Ｅｔｈｅｒ ｎｅｔ； ＴＣＰ／ＩＰ； ＤＳ１８Ｂ２０
技
１ 引言
随 着 通 讯 技 术 、网 络 技 术 和 半 导 体 技 术 的 飞 速 发 展 ， 嵌 入 式 系 统 接 入 网 络 已 成 为 其 应 用 的 一 个 重 要 方 向 。越 来 越 多 的 嵌
所 需 要 实 时 监 控 的 一 个 重 要 物 理 量 。温 度 监 控 系 统 在 实 际 生 活
８０１９ｃｓ ！ ＝（Ａ１５＆Ａ１４＆Ａ１３＆Ａ１２＆Ａ１１＆Ａ１０＆Ａ９）；
中有 着 重要 的 作 用。本 文 主 要 针 对 ＭＣＳ－ ５１ 系 列 单 片 机 ， 结 合 ＲＴＬ８０１９ＡＳ 片选
读 的 ， 不 可 以 设 置 ； 页 ３ 的 寄 存 器 不 是 ＮＥ２０００ 兼 容 的 ， 不 用 设
置。具体设置如下：
① ＣＲ＝０ｘ２１， 选 择 页 ０ 的 寄 存 器， 芯 片 处 于停 止 模 式， 这 时
进行寄存器设置。
② 网卡含有 １６Ｋ 字节的 ＲＡＭ， 每 ２５６ 个字节称为一页， 共
命令（ ＣＲ＝０ｘ３Ｅ） ， 启动本地 ＤＭＡ， 将数据发送网上。ＲＴＬ８０１９ＡＳ
会自动按以太网协议完成发送并将结果写入状态寄存器。
ＲＴＬ８０１９ＡＳ 无 法 将 整个 数 据 包通 过 ＤＭＡ 通 道 一 次 存 入 ＦＩＦＯ，
因此在构成一个新的数据包之前必须先等待前一数据包发送
完成。为提高发送效率， 设计中将 １２ 页的发送缓存区分为两个
技 前正在写的页的下一页， 那么初始化时应该设置为 ０ｘ４ｄ。
③ ＲＣＲ＝０ｘｃｃ， 使用 接收 缓 冲 区， 仅 接 收 目标 物 理 地址 和 设
术 置物理地址一致的数据包、广播地址数据包和多点播送地址
包， 小于 ６４ 字节的包丢弃， 校验错的数据包不接收。
创
④ ＴＣＲ＝０ｘｅ０， 启用 ＣＲＣ 自动生成和校验， 工作在正常模式。
孙 静： 助教 工学硕士 基金项目： 西安文理学院专项科研基金资助项目（ＫＹ２００６４１）
图 １ 远程温度监控系统的硬件框图
３ 远程温度监控系统的程序设计
系统 程 序在 ＫＥＩＬ Ｃ５１ 下 实 现， 主 要 包 括三 部 分 ： 一 是 以 太 网 接 口 驱 动 程 序 的 实 现 ； 二 是 ＴＣＰ／ＩＰ 协 议 栈 的 实 现 ； 三 是 ＤＳ１８Ｂ２０ 的温度采集程序。
３．１ 以太网接口驱动程序的实现 以太网接口驱动程序 相 当 于实 现 ＰＣ 机 中网 卡 的 驱动 程 序 功能 ， 主 要 通 过 ＲＴＬ８０１９ＡＳ 处 理 以 太 网 协 议 ， 完 成 以 太 网 数 据 帧的收发。首先要对 ＲＴＬ８０１９ＡＳ 进行复位， 并将其设置为跳线 模 式 ， 然 后 设 置 ＲＴＬ８０１９ＡＳ 的 工 作 参 数 ， 使 其 开 始 工 作 。 ＲＴＬ８０１９ＡＳ 正 常 工 作 后 ， 通 过 读 写 ＲＴＬ８０１９ＡＳ 的 ＲＡＭ， 完 成 数 据 包 的 接 收 和 发 送 。数 据 传 输 中 介 质 访 问 控 制 逻 辑 由 硬 件 自 动完成。
《Ｐ ＬＣ 技术应用 ２００ 例》
邮局订阅号： ８２－９４６ ３６０ 元 ／ 年 － ９９ －
控制系统
中 文 核 心 期 刊 《 微 计 算 机 信 息 》（ 测 控 自 动 化 ）２００８ 年 第 ２４ 卷 第 ９－１ 期
（１） ＲＴＬ８０１９ＡＳ 的初始化
ＲＴＬ８０１９ＡＳ 通过 ＲＳＴＤＲＶ 管脚来进行复位操作。ＲＳＴＤＲＶ
用 ０ｘ４ｃ～０ｘ７ｆ 为网 卡 的 接收 缓 冲 区（ 共 ５２ 页 ） 。因 此， ＰＳＴＡＲＴ＝
０ｘ４ｃ， ＰＳＴＯＰ＝０ｘ８０（ ０ｘ８０ 为 停 止 页 ， 就 是 直 到 ０ｘ７ｆ 是 接 收 缓 冲
区， 不包括 ０ｘ８０） 。刚开始网卡没有接 收 到 任何 数 据 包， 所 以
ＢＮＲＹ 设 置 为 指 向 第 一 个 接 收 缓 冲 区 的 页 ０ｘ４ｃ， ＣＵＲＲ 指 向 当