在網絡技術應用日益廣泛的今天，網絡傳輸是最經濟有效的數據傳輸方式。如何利用廉價的51單片機來 控制網卡芯片進行數據傳輸，加載TCP/IP協議連接到互聯網，實現網絡通信成了眾多設計者的目標。但由于指令及資源的限制，實施過程會有許多困難。我們 在設計方案中舍棄了耗費資源的高級協議，采用發(fā)送小數據包的方式以避免分段，來簡化TCP協議和UDP協議，實現互聯接入。
硬件設計與實現
系統(tǒng)的硬件結構框圖如圖1所示。本系統(tǒng)的微控制器是Winbond公司的78E58,網絡接口芯片是與NE2000系列兼容的Realtek公司的 RTL8019AS.RTL8019AS內置了10BASE-T收發(fā)器，外接一個隔離LPF濾波器，經RJ-45接口輸出。外部RAM是 62256,24C02是I2C總線的 EEPROM.
▲ 圖1 嵌入式協議轉換硬件框圖
系統(tǒng)的軟件設計與實現
為適應上網的需求，系統(tǒng)軟件設計主要包括兩部分內容：一是要執(zhí)行對RTL8019AS等的控制功能，二是要執(zhí)行與連接Internet相關的功能，實現TCP/IP協議。本文著重介紹第二部分，主程序采用C51語言編寫。
RTL8019AS初始化
要將嵌入式系統(tǒng)接入以太網，首先要設置RTL8019AS的工作方式和工作狀態(tài)，分配收發(fā)數據的緩沖區(qū)，通過對地址及數據口的讀寫來完成以太網幀的接收 與發(fā)送。然后設置RTL8019AS的工作參數，亦即設置內部控制寄存器。對RTL8019AS的工作參數進行設置完畢后，進入正常工作狀態(tài)，接下來就讀 寫RTL8019AS的RAM以完成數據包的接收和發(fā)送。由于篇幅有限，這里就不再詳述。
TCP/IP模型
TCP/IP協議是一套把Internet上的各種系統(tǒng)互連起來的協議族，保證Internet上數據的準確快速傳輸。TCP/IP通常采用一種簡化的四層模型：應用層、傳輸層、網絡層、鏈路層。
本系統(tǒng)中，應用層傳遞來自以太網和數據終端的數據，并對數據報作打包拆包處理。傳輸層采用傳輸控制協議TCP或用戶數據協議UDP.網絡層實現IP協 議，還要實現能報告數據傳輸差錯等情況的ICMP協議。鏈路層部分由RTL8019AS完成，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議 組成。
在單片機里只實現與需要有關的部分，而不使用的協議則一概不支持。單片機應用的TCP/IP協議大多是為了完成數據采集和數據傳輸，而不需要網頁瀏覽、文件傳輸這些功能。
以太網是TCP/IP協議主要采用的局域網技術，是系統(tǒng)接入Internet的基礎。ARP本質是完成網絡地址到以太網物理地址的動態(tài)映射。UNIX系統(tǒng)的ARP協議支持以太網、令牌環(huán)等網絡，但我們的單片機系統(tǒng)里只支持以太網。
IP協議(網際協議)
IP是TCP/IP協議族中最為核心的協議。所有的TCP、UDP、ICMP及IGMP數據都以IP數據報格式傳輸。就對某些協議而言，IP包最大可以 為65K,可以分段傳輸，而在單片機里根本無法容納如此大的數據包，因此一般是不支持分段的。我們的設計中采用發(fā)送小數據包的方式，以避免分段。
TCP協議(傳輸控制協議)
TCP數據封裝在一個IP數據報中，并具有自己的TCP首部， TCP協議定義十分復雜，鑒于51單片機的片內資源十分有限，本系統(tǒng)對TCP協議進行了一定的簡化處理。標準的TCP協議使用慢啟動的滑動窗口機制，如果 只使用單個窗口，就變成了一種簡單確認的處理方法。即只需對單個數據報發(fā)送和確認，節(jié)約了系統(tǒng)資源，也使維護更加方便。
編程實現TCP協議的另一個難點在于TCP建立連接和終止連接的具體過程的實現。TCP協議是一個面向連接的協議，連接的雙方無論是哪一方向另一方發(fā)送數據，都必須先通過“三次握手”過程在雙方之間建立一條連接，和通過“四次握手”終止連接。
連接建立后，TCP就可以發(fā)送數據塊，稱為數據段。當TCP發(fā)出一個段后，它啟動一個定時器，等待目的端確認收到這個報文段。如果不能及時收到一個確認，將重發(fā)這個報文段。另外，TCP將保持它首部和數據的檢驗和。
