網絡通信技術使用廣泛，各行各業(yè)中均涉及網絡通信技術。上篇文章中，小編對網絡通信技術中的網絡通信優(yōu)先級有所接收。本文中，小編將對網絡通信技術的數據傳輸技術予以闡述。如果你對網絡通信技術具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀。此外，本文內容基于單片機與TCP/IP協(xié)議，一起來了解下吧。
在因特網上,TCP/IP協(xié)議每時每刻保證了數據的準確傳輸。在數據采集領域,如何利用TCP/IP協(xié)議在網絡中進行數據傳輸成為一個炙手可熱的話題。在本系統(tǒng)中,小編利用TCP/IP協(xié)議中的UDP(用戶數據報協(xié)議)、IP(網絡報文協(xié)議)、ARP(地址解析協(xié)議)及簡單的應用層協(xié)議成功地實現了單片機的網絡互連,既提高了數據傳輸的速度,又保證了數據傳輸的正確性,同時也擴展了數據傳輸的有效半徑。
一、TCP/IP協(xié)議簡介
TCP/IP協(xié)議是一套把因特網上的各種系統(tǒng)互連起來的協(xié)議組,保證因特網上數據的準確快速傳輸。參考開放系統(tǒng)互連(OSI)模型,TCP/IP通常采用一種簡化的四層模型,分別為：應用層、傳輸層、網絡層、鏈路層。
(1)應用層
網絡應用層要有一個定義清晰的會話過程,如通常所說的Http、Ftp、Telnet等。在本系統(tǒng)中,單片機系統(tǒng)傳遞來自Ethernet和數據終端的數據,應用層只對大的數據報作打包拆報處理。
(2)傳輸層
傳輸層讓網絡程序通過明確定義的通道及某些特性獲取數據,如定義網絡連接的端口號等,實現該層協(xié)議的傳輸控制協(xié)議TCP和用戶數據協(xié)議UDP。在本系統(tǒng)中使用UDP數據報協(xié)議。
(3)網絡層
網絡層讓信息可以發(fā)送到相鄰的TCP/IP網絡上的任一主機上,IP協(xié)議就是該層中傳送數據的機制。同時建立網絡間的互連,應提供ARP地址解析協(xié)議,實現從IP地址到數據鏈路物理地址的映像。
(4)鏈路層
由控制同一物理網絡上的不同機器間數據傳送的底層協(xié)議組成,實現這一層協(xié)議的協(xié)議并屬于TCP/IP協(xié)議組。在本系統(tǒng)中這部分功能由單片機控制網卡芯片CS8900實現。
二、硬件框圖
如圖1所示,系統(tǒng)提供RJ45接口連接Ethernet網絡,并且提供一個串口給用戶使用。系統(tǒng)板可以將從Ethernet上過來的IP數據報解包后送給串口,也可將從串口過來的數據封裝為IP包送到局域網中。外部RAM使用61C1024(128KB),從而為數據處理提供了很大的緩存;使用E2PROM——X25045,既可以作為看門狗使用,也可以將IP地址、網卡物理地址和其他參數保存在里面。
CS8900芯片是Cirrus Logic公司生產的一種局域網處理芯片,它的封裝是100-pin TQFP,內部集成了在片RAM、10BASE-T收發(fā)濾波器,并且提供8位和16位兩種接口,本文只介紹它的8位模式。
NE103是一種脈沖變壓器,在CS8900的前端對網絡信號進行脈沖波形變換。
三、工作原理
3.1 CS8900的工作原理
CS8900與單片機按照8位方式連接,網卡芯片復位后默認工作方式為I/O連接,基址是300H,下面對它的幾個主要工作寄存器進行介紹(寄存器后括號內的數字為寄存器地址相對基址300H的偏移量)。
·LINECTL(0112H)
LINECTL決定CS8900的基本配置和物理接口。在本系統(tǒng)中,設置初始值為00d3H,選擇物理接口為10BASE-T,并使能設備的發(fā)送和接收控制位。
·RXCTL(0104H)
RXCTL控制CS8900接收特定數據報。設置RXTCL的初始值為0d05H,接收網絡上的廣播或者目標地址同本地物理地址相同的正確數據報。
·RXCFG(0102H)
RXCFG控制CS8900接收到特定數據報后會引發(fā)接收中斷。RXCFG可設置為0103H,這樣當收到一個正確的數據報后,CS8900會產生一個接收中斷。
·BUSCT(0116H)
BUSCT可控制芯片的I/O接口的一些操作。設置初始值為8017H,打開CS8900的中斷總控制位。
·ISQ(0120H)
ISQ是網卡芯片的中斷狀態(tài)寄存器,內部映射接收中斷狀態(tài)寄存器和發(fā)送中斷狀態(tài)寄存器的內容。
·PORT0(0000H)
發(fā)送和接收數據時,CPU通過PORT0傳遞數據。
·TXCMD(0004H)
發(fā)送控制寄存器,如果寫入數據00C0H,那么網卡芯片在全部數據寫入后開始發(fā)送數據。
·TXLENG(0006H)
發(fā)送數據長度寄存器,發(fā)送數據時,首先寫入發(fā)送數據長度,然后將數據通過PORT0寫入芯片。
以上為幾個最主要的工作寄存器(為16位),CS8900支持8位模式,當讀或寫16位數據時,低位字節(jié)對應偶地址,高位字節(jié)對應奇地址。例如,向TXCMD中寫入00C0H,則可將00h寫入305H,將C0H寫入304H。
系統(tǒng)工作時,應首先對網卡芯片進行初始化,即寫寄存器LINECTL、RXCTL、RCCFG、BUSCT。發(fā)數據時,寫控制寄存器TXCMD,并將發(fā)送數據長度寫入TXLENG,然后將數據依次寫入PORT0口,如將第一個字節(jié)寫入300H,第二個字節(jié)寫入301H,第三個字節(jié)寫入300H,依此類推。網卡芯片將數據組織為鏈路層類型并添加填充位和CRC校驗送到網絡同樣,單片機查詢ISO的數據,當有數據來到后,讀取接收到的數據幀。讀數據時,單片機依次讀地址300H,301H,300H,301H…。
3.2 單片機工作流程
如圖人所示,單片機首先初始化網絡設備。網卡IP地址和物理地址存在X25045中,單片機復位后首先讀取這些數據以初始化網絡。
單片機主要完成數據的解包打包。當有數據從RJ45過來,單片機對數據報進行分析,如果是ARP(物理地址解析)數據包,則程序轉入ARP處理程序(因為在網絡上正是ARP協(xié)議將IP地址和物理地址相映射)。如果是IP數據包且傳輸層使用UDR協(xié)議,端口正確,則認為數據報正確,數據解包后,將數據部分通過串口輸出。反之,如果單片機從串口收到數據,則將數據按照UDP協(xié)議格式打包,送入CS8900,由CS8900將數據輸出到局域網中。
可以知道,單片機主要處理協(xié)議的網絡層和傳輸層,鏈路層部分由CS8900完成。因單片機將數據接收后完整不變地通過串口輸出,所以將應用層交付用戶來處理,用戶可以根據需求對收到的數據進行處理。
在單片機的程序處理中,包含了完整的APR地址解析協(xié)議。通過在單片機中正確設置網關、子網掩碼等參數,實現了通過局域網單片機與外部因特網上的終端設備的數據通信。
四、應用
這種嵌入式TCP/IP協(xié)議的單片機系統(tǒng)板,具有成本低、硬件少、占用面積少、傳輸速度快、使用方便等優(yōu)點。適用于現有的網絡傳輸系統(tǒng),有著廣泛的應用前景,特別是數據采集、數據傳輸領域。目前,在屏幕板數據成像、遠程數據采集系統(tǒng)中被使用。
以上便是此次小編帶來的“網絡通信技術”相關內容，通過本文，希望大家對網絡通信技術中的數據傳輸技術具備一定的認知。如果你喜歡本文，不妨持續(xù)關注我們網站哦，小編將于后期帶來更多精彩內容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!
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