不管是從需求面或者是從供應(yīng)面來看，整體網(wǎng)絡(luò)都朝著寬帶的腳步邁進，這給予以太網(wǎng)一個很好的發(fā)展空間。從技術(shù)面來看，二十多年來，以太網(wǎng)帶寬由十兆、百兆、千兆，一直發(fā)展到2002年的萬兆，甚至四萬兆、十萬兆都已經(jīng)處于研究討論階段，這使得以太網(wǎng)技術(shù)有了很好的擴展性；從應(yīng)用面來看，以太網(wǎng)不僅僅只局限在局域網(wǎng)的應(yīng)用，不僅僅只局限在城域網(wǎng)的應(yīng)用，萬兆以太網(wǎng)更進一步將以太網(wǎng)延伸到廣域網(wǎng)的應(yīng)用。數(shù)字信號處理器（DSP）芯片作為一種特殊的嵌入式微處理器系統(tǒng)，是專門為實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法而設(shè)計的，具有嵌入式的協(xié)處理器和用于快速數(shù)據(jù)處理的并行數(shù)據(jù)通道，其卓越的性能、不斷上升的性價比及日漸完善的開發(fā)方式使它的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，因此嵌入式網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的應(yīng)用前景十分廣闊，已經(jīng)成為研究的熱點。

　　數(shù)字信號處理（Digital Signal Processing,簡稱DSP）是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。20世紀(jì)60年代以來，隨著計算機和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)運而生并得到迅速的發(fā)展。數(shù)字信號處理是一種通過使用數(shù)學(xué)技巧執(zhí)行轉(zhuǎn)換或提取信息，來處理現(xiàn)實信號的方法，這些信號由數(shù)字序列表示。在過去的二十多年時間里，數(shù)字信號處理已經(jīng)在通信等領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。德州儀器、Freescale等半導(dǎo)體廠商在這一領(lǐng)域擁有很強的實力。

　　1 總體方案設(shè)計

　　為實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信控制系統(tǒng)的功能，本系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)主要由DSP主控部分、網(wǎng)絡(luò)接口和UDPTest組成。DSP主控部分主要完成信息處理和記錄、控制并調(diào)度其他部分正常工作。網(wǎng)絡(luò)接口部分對傳來的信號進行處理，檢測DSP、PC機的狀態(tài)，確認(rèn)后將信號按要求的傳送命令傳送出去。UDPTest用于對指定地址的接收和廣播的數(shù)據(jù)包進行顯示。以太網(wǎng)接口芯片部分完成數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳輸?shù)目刂?。基于DSP的網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　2 硬件電路設(shè)計

　　RTL8019AS以太網(wǎng)控制器實現(xiàn)了以太網(wǎng)媒介訪問層（MAC）和物理層（PHY）的全部功能。在本系統(tǒng)中，RTL8019AS采用跳線模式，將JP管腳經(jīng)過一個10 kΩ電阻上拉接到5 V電源上?；刂返倪x擇通過BD0~BD3管腳決定，直接將其懸空，基地址選擇300H,其地址范圍為0300H~031FH.中斷選擇由BD4~BD6決定，將其全部接入低電平，選擇中斷INT0.AUI管腳決定RTL8019AS與以太網(wǎng)連接方式，AUI為低電平表示是BNC或是UTP接口，所以直接將其懸空。網(wǎng)絡(luò)接口的具體類型由PL0（BA14）、PL1（BD7）決定，將其接低電平，選擇自動檢測模式，即RTL8019AS會自動檢測接口類型，如10Base-T是電纜信號則選擇接口類型為UTP, 否則選擇接口類型為BNC.

　　由于RTL8019AS工作電壓為5 V,而數(shù)字信號處理器TMS320F2812的工作電壓為3.3 V,所以RTL8019AS的輸出信號要經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換，中斷信號也要經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換反向送給DSP.TMS320F2812的輸出電平符合RTL8019AS的輸入電平范圍，但是為了便于DSP與RTL8019AS的邏輯控制，還是通過譯碼電平變換以后將其連接。譯碼、電平變換及反向功能由74LVTH16245完成，采用I/O 方式RTL8019AS 交換數(shù)據(jù)。ISA為了兼容的需要設(shè)置了IOCS16B 信號線，DSP與RTL8019AS交換的數(shù)據(jù)為16位寬，所以將其通過10 kΩ上拉電阻接5 V電源。RTL8019AS的IOWB、IORB、AEN信號線通過DSP的IS、IOSTRB、R/W這三根線譯碼得到。

　　TMS320F2812與RTL8019AS的接口如圖 2所示。

　　3  軟件系統(tǒng)的設(shè)計

　　3.1主程序的設(shè)計

　　本系統(tǒng)主要是在嵌入式系統(tǒng)中實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧，主要采用以太網(wǎng)IEEE802.3、IP、UDP、ARP等協(xié)議作為通信協(xié)議，傳輸數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)控制器完成。其主程序主要完成從UDP數(shù)據(jù)包中解析出完整的CAN協(xié)議報文，并存入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)A中。同時，也可以將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)B中完整的CAN協(xié)議報文封裝成UDP數(shù)據(jù)報，然后將其發(fā)送到以太網(wǎng)上。

　　在數(shù)據(jù)發(fā)送前，先要對待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行協(xié)議封裝。以UDP數(shù)據(jù)報為例，首先對原始數(shù)據(jù)添加UDP頭，包括源端口、目的端口、UDP數(shù)據(jù)長度和校驗和4個字段，然后再添加IP頭（包括源IP地址、目的IP地址）、校驗和等字段，封裝以太網(wǎng)IEEE802.3幀，包括目的CRC地址、源MAC地址和以太網(wǎng)幀總長度。其中源MAC地址為本地物理地址，由程序在初始化時設(shè)定。而IEEE802.3幀結(jié)構(gòu)中的CRC校驗由以太網(wǎng)硬件自動完成。至此，構(gòu)造了一個完整的UDP數(shù)據(jù)報，就可以交給RTL8019AS進行發(fā)送了。對于接收到的數(shù)據(jù)包，主處理器對其進行拆解，將解包得到的IP地址與本地IP地址相比較，同時進行校驗和驗證，如果IP一致，則接收該數(shù)據(jù)包，否則將其丟棄；如果校驗和不正確，則表示數(shù)據(jù)包傳輸過程中發(fā)生差錯，但不產(chǎn)生差錯報文，由應(yīng)用層發(fā)現(xiàn)丟失的數(shù)據(jù)包并請求重傳。

　　3.2 主程序流程圖

　　主程序流程圖如圖3所示，DSP首先初始化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。當(dāng)有數(shù)據(jù)從RJ45傳過來時，DSP對數(shù)據(jù)包進行分析，如果是ARP（物理地址解析協(xié)議）數(shù)據(jù)包，則程序轉(zhuǎn)入ARP處理程序。如果是IP（網(wǎng)間協(xié)議）數(shù)據(jù)包且傳輸層使用UDP（用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議），端口正確，則認(rèn)為數(shù)據(jù)報正確，數(shù)據(jù)解包后，送入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)A,把數(shù)據(jù)部分通過CAN接口輸出。反之，如果DSP從CAN接口接收數(shù)據(jù)，則將數(shù)據(jù)按照UDP協(xié)議格式打包，送入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)B,由RTL8019AS將數(shù)據(jù)輸出到局域網(wǎng)中。

　　3.3 中斷服務(wù)子程序的設(shè)計

　　本系統(tǒng)采用中斷方式來處理RTL8019AS 的收發(fā)。當(dāng)主程序響應(yīng)RTL8019AS的中斷時，根據(jù)中斷寄存器（ISR）的值來判定程序的走向，中斷流程圖如圖4所示。

      DSP 接收到外部INT0中斷后檢查狀態(tài)寄存器ISR，如果PTX 位有效，則說明上一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完成；如果PRX 位有效，表明接收到新的一幀數(shù)據(jù)。對于發(fā)送數(shù)據(jù)，先要進行載波沖突檢測，在無沖突情況下，主處理器從發(fā)送物理幀隊列讀出一幀已封裝好的IEEE802.3 幀數(shù)據(jù)，通過控制器的遠(yuǎn)程DMA 通道寫到發(fā)送緩沖區(qū)，然后向命令寄存器CR 寫入0x1E 控制字啟動發(fā)送，控制器發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后再次向主處理器發(fā)出發(fā)送中斷請求信號，如果物理幀隊列不為空，則主處理器繼續(xù)發(fā)送，否則返回。對于接收數(shù)據(jù)，主處理器從接收緩沖區(qū)讀入一幀數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)解包，將解包得到的IP 地址與本機IP 地址比較，如果一樣，則接收該幀數(shù)據(jù)，否則丟棄該幀數(shù)據(jù)。讀入一幀數(shù)據(jù)后判斷接收緩沖區(qū)是否為空，不為空繼續(xù)讀取數(shù)據(jù)，否則返回。

      基于DSP的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)因其顯著的高效傳輸效果及體積小、重量輕、可靠性高等特點，已經(jīng)在各種家電設(shè)備、儀器儀表以及工業(yè)生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。實驗表明, 本系統(tǒng)能夠正確快速地接入以太網(wǎng)，可以從PC機上通過網(wǎng)線傳輸數(shù)據(jù)到DSP上，然后DSP再將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)線回傳到PC機上顯示。采用實時操作系統(tǒng)μC/OS- II 可大幅加快軟件的開發(fā)和調(diào)試進度。使用RTL8019AS 作為嵌入式系統(tǒng)以太網(wǎng)接口芯片是嵌入式設(shè)備接入以太網(wǎng)的一種嘗試，與使用普通的PC機作Web服務(wù)器相比，此種方案節(jié)省費用、可移植性好、嵌入式設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的分離、可以方便地連接各種嵌入式設(shè)備以及簡化了嵌入式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的開發(fā)等優(yōu)點。

　　當(dāng)今居于主導(dǎo)地位的局域網(wǎng)技術(shù)-以太網(wǎng)。以太網(wǎng)是建立在CSMA/CD機制上的廣播型網(wǎng)絡(luò)。沖突的產(chǎn)生是限制以太網(wǎng)性能的重要因素，早期的以太網(wǎng)設(shè)備如集線器是物理層設(shè)備，不能隔絕沖突擴散，限制了網(wǎng)絡(luò)性能的提高。而交換機（網(wǎng)橋）做為一種能隔絕沖突的二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，極大的提高了以太網(wǎng)的性能。正逐漸替代集線器成為主流的以太網(wǎng)設(shè)備。然而交換機（網(wǎng)橋）對網(wǎng)絡(luò)中的廣播數(shù)據(jù)流量則不做任何限制，這也影響了網(wǎng)絡(luò)的性能。通過在交換機上劃分VLAN和采用三層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備-路由器解決了這一問題。以太網(wǎng)做為一種原理簡單，便于實現(xiàn)同時又價格低廉的局域網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為業(yè)界的主流。而更高性能的快速以太網(wǎng)和千兆以太網(wǎng)的出現(xiàn)更使其成為有前途的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。