基于ARM9 AT91RM9200T的嵌入式網(wǎng)絡(luò)接口

1 引言

當(dāng)今時代設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化是當(dāng)今科技發(fā)展的趨勢。如何使用嵌入式系統(tǒng)將設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)上呢?嵌入式網(wǎng)關(guān)使用嵌入式Linux操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)存儲芯片SDRAM、FLASH，網(wǎng)絡(luò)控制芯片DM9161等，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊的傳輸方案便是基于這種思想而設(shè)計的。

2 硬件設(shè)計

本系統(tǒng)采用ATMEL公司生產(chǎn)的微處理器AT91RM9200T 。其處理速度可達(dá)200MIPS，同時它也具有USB、Earthnet、支持RS485的紅外串口、IIC、SPI、SSC等豐富的片內(nèi)資源。網(wǎng)口控制芯片DM9161， SDRAM和Flash接口。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

2.1 AT91RM9200T簡介

AT91RM9200T是英國ATMEL公司出品的一款工業(yè)級ARM9微處理器，處理速度可達(dá)200MIPS。其集成了USB 2.0 全速主機(jī)和設(shè)備端口及與10/100 Base-T 以太網(wǎng)媒體訪問控制器(MAC)。此外，它還提供一系列符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的外設(shè)。

2.2存儲器接口電路

存儲器接口電路包括兩個方面：一是RAM接口，主要存儲數(shù)據(jù)，采用PCI接口方式;二是Flash接口，主要存儲操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件，采用并口形式與CPU相連。

2.2.1 Flash 存儲器接口電路

Flash 在系統(tǒng)中通常用于存放程序代碼、常量表以及一些系統(tǒng)掉電后要保存的數(shù)據(jù)。Flash存儲器是一種集成度高的、非易失存儲器。本系統(tǒng)采用Intel 公司生產(chǎn)的NOR flash，與NAND flash 相比，它的優(yōu)點是可以直接從flash中運(yùn)行程序，但工藝復(fù)雜，價格比較貴。

2.2.2 SDRAM 接口電路

SDRAM 是高速的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器，在系統(tǒng)中主要用作程序的運(yùn)行空間、數(shù)據(jù)及堆棧區(qū)。與Flash 存儲器相比較，SDRAM 不具有掉電保持?jǐn)?shù)據(jù)的特性，但其存取速度大大高于Flash 存儲器，且具有讀/寫的屬性。

本系統(tǒng)采用兩片HY57V641620 并聯(lián)構(gòu)成32 位的SDRAM 存儲系統(tǒng)，其中一片為高16 位，另一片為低16位。兩片HY57V641620 的CLK 端接的SDCLK 端、CLE 端接AT91RM9200的 CLE 端。

2.2.3 以太網(wǎng)接口控制器DM9161接口

本設(shè)計使用DM9161作為以太網(wǎng)的物理層接口。DM9161是一款低功耗、高性能的CMOS芯片，支持10M和100M的以太網(wǎng)傳輸，編碼、譯碼輸入和輸出數(shù)據(jù)。它通過RMII與AT91RM9200相連，經(jīng)過一個隔離器件(H1012)，提供了RJ45接口。

3 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)采用Linux 作為操作系統(tǒng)。Linux的是一套免費的32位的多任務(wù)操作系統(tǒng)， Linux系統(tǒng)穩(wěn)定與網(wǎng)絡(luò)功能非常強(qiáng)大。與其它操作系統(tǒng)相比，Linux還具有以下特色：

(1)采用階層式目錄結(jié)構(gòu)，文件歸類清楚、容易管理;

(2) 支持多種文件系統(tǒng)，如FAT16,FAT32,NTFS等;

(3)具備高度移植性。

3.1 網(wǎng)絡(luò)程序的設(shè)計

3.1.1 Linux 下的網(wǎng)絡(luò)編程協(xié)議分析

Linux 下的TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的各層之間的通訊是通過一系列互相連接層的軟件來實現(xiàn)的，結(jié)構(gòu)層次如圖2 所示。

其中,socket 層由專門用來處理Socket 的通用套接字管理軟件處理。Socket 為基于IP 的協(xié)議TCP 和UDP 管理傳輸端點。UDP(用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議)是一個無連接協(xié)議, 傳輸U(kuò)DP 包的時候，不關(guān)心是否它們安全到達(dá)了目的。而TCP(傳輸控制協(xié)議)是一個可靠的端對端協(xié)議。本系統(tǒng)采用可靠性連接的TCP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

網(wǎng)絡(luò)程序是由客戶端和服務(wù)器端兩部分組成。服務(wù)器端建立步驟為 socket-->bind-->listen-->accept。客戶端socket-->connect。Linux通過套結(jié)字socket和其他函數(shù)的調(diào)用進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊。返回的文件描述符,可以看成普通文件的描述符。通過向描述符讀寫操作實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通訊，體現(xiàn)了 linux 的設(shè)備無關(guān)性。以下是網(wǎng)絡(luò)程序部分函數(shù)：

3.2 Linux中網(wǎng)絡(luò)通信編程的實現(xiàn)

在編寫網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序時，需注意計算機(jī)中的數(shù)據(jù)存儲有兩種字節(jié)優(yōu)先順序：高位字節(jié)優(yōu)先和低位字節(jié)優(yōu)先。在互聯(lián)網(wǎng)上，是以高位字節(jié)優(yōu)先順序傳輸數(shù)據(jù)的。所以，對于在內(nèi)部以低位字節(jié)優(yōu)先方式存儲的數(shù)據(jù)想在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

下面給出部分Linux下網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用程序的源代碼實例。

int main() 函數(shù)中部分代碼如下：

其中，使用庫函數(shù)inet_pton()將輸入的字符串IP轉(zhuǎn)換為connect函數(shù)可識別的整數(shù)uiip。

4結(jié)束語

本設(shè)計已在ARM9開發(fā)板上實現(xiàn)了基于嵌入式網(wǎng)關(guān)的嵌入式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊。它結(jié)合目前飛速發(fā)展的32位嵌入式技術(shù)，采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)，源代碼開放，應(yīng)用豐富，內(nèi)嵌嵌入式Web服務(wù)器，用于遠(yuǎn)程控制、設(shè)置、和監(jiān)視設(shè)備的狀態(tài)。通過以太網(wǎng)實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的信息傳遞以及音頻、視頻等占用大量帶寬的數(shù)據(jù)的傳輸，將以前單片機(jī)時代的低速傳輸模式升級為使用100M帶寬的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。開發(fā)者只須根據(jù)實際情況編寫上層應(yīng)用軟件，即可解決大多數(shù)的工控設(shè)備和通訊設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)通訊問題，實現(xiàn)“嵌入式Internet”。

本文作者創(chuàng)新點：設(shè)計提出了基于ARM9的嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采用嵌入式技術(shù)和Linux 實時多任務(wù)操作系統(tǒng)應(yīng)用于遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視等數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸，能充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)施，節(jié)約了開發(fā)成本，縮短了開發(fā)周期。本設(shè)計模式是工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)通訊的一個發(fā)展趨勢。若現(xiàn)有煤礦監(jiān)控系統(tǒng)采用本模式，項目經(jīng)濟(jì)效益至少在30萬元以上。