（控制理论与控制工程专业论文）基于internet的智能电梯远程监控系统研究.pdf

武汉理1 - 大学硕十学位论文 摘要 电梯的远程监控是随着计算机控制技术和网络通讯技术的发展而逐步发展 起来的，是电梯控制领域的前沿技术。它由设在电梯维修服务中心的计算机服 务器通过电话线、专用线路或网络，对分布在各地的电梯进行远程监视和操作， 对电梯的运行状态和故障进行监测统计等。电梯是机电体化的设备，其结构 复杂，可靠性要求较高，及时发现故障和排除故障是至关重要的，因此电梯远 程监控系统的设计和实现具有重大的意义和广阔的应用前景。 本文在分析国内外几种电梯远程监控技术的基础上，提出了基于i n t e m e t 的 智能电梯远程监控系统结构，系统以高性能的嵌入式微处理器和以太网控制芯 片为核心，实现了接口模块、通信模块和监控软件的开发设计。 完成了基于i n t e m e t 的智能电梯远程监控系统的硬件设计，研究了d s p 接入 以太网技术，设计了网络接口电路和r n8 0 1 9 a s 驱动程序流程图。 基于d s p 软件开发平台，运用c 语言和汇编语言混合编程方式，遵循分层 设计思想和模块化设计方法，实现了适合本文的精简t c 聊p 协议栈，分析了数 据帧的封装过程，研究了a r p 、i p 、i c m p 、t c p 协议的工作原理和各个模块的 数据结构及函数的调用。 采用v i s u a lc + + 面向对象的编程思想，完成了电梯远程监控系统的总体软 件设计，具体包括登录权限模块、实时监控模块、数据维护模块和数据分析模 块。实现了电梯运行状态和故障的动态显示，电梯用户信息、运行状态、故障 处理和维修保养信息的数据库管理，包括a t l 模板类的设计和监控系统主界面 的具体实现。最后对电梯远程监控系统的发展进行了展望。 关键词：智能电梯，i n t e m e t ，远程监控，t c p i p 协议栈，数据库 武汉理 一人学硕十学位论文 a sc o m p u t e rc o n t r o l t e c h n o l o g y a n dn e t w o r kc o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y g r a d u a l l yd e v e l o p e d ，r e m o t ee l e v a t o rm o n i t o r i n gs y s t e mb e c o m e st h ei m p o r t a n t t e c h n o l o g yo fc o n t r o l l i n ge l e v a t o rf i e l d s ，t h r o u g ht e l e p h o n el i n e so rn e t w o r k ， e l e v a t o rm a i n t e n a n c es e r v i c ea n dm o n i t o r i n gc e n t r ec a no p e r a t ea n dm o n i t o rt h e e l e v a t o r sl o c a t e di nv a r i o u sp a r t s ，t h e nm o n i t o r sa n ds t a t i s t i c st h ef a i l u r ea n dt h e r u n n i n gs t a t eo fe l e v a t o r s t h ee l e v a t o ri se q u i p m e n to fm e c h a n i c a lp r o d u c t s i ti s e s s e n t i a lf o rt h em a i n t e n a n c ep e r s o n n e l st od i s c o v e rf a i l u r eb e c a u s eo fi t sc o m p l e x s t r u c t u r e ，h i g h e rr e l i a b i l i t yr e q u i r e m e n t s s od e s i g na n d r e a l i z a t i o no fr e m o t ee l e v a t o r m o n i t o r i n gs y s t e mi so fg r e a ts i g n i f i c a n c ea n db r o a da p p l i c a t i o np r o s p e c t s t h ea r t i c l e a n a l y z e s s e v e r a lk i n d so fr e m o t ee l e v a t o r m o n i t o r i n gs y s t e m ， p r o p o s e si n t e r n e tb a s e dr e m o t ee l e v a t o rm o n i t o r i n gs y s t e m t h es y s t e mi sc o n s i s t so f d s pa n dr e a l t e kf u l l d u p l e xe t h e r n e tc o n t r o l l e r t h ed e s i g no fi n t e r f a c em o d u l e ， c o m m u n i c a t i o nm o d u l ea n dt h es o f t w a r eo fm o n i t o r i n gh a v eb e e nf i n i s h e d t h ed e s i g no ft h eh a r d w a r eo fi n t e m e tb a s e dr e m o t ee l e v a t o rm o n i t o r i n gs y s t e m h a sb e e nf i n i s h e d t h em e t h o do fd s pa c c e s se t h e r u e ti ss t u d i e d t h ei n t e r r a c ec i r c u i t i sd e s i g n e d t h ep r o g r a mo fr t l s 0 1 9 a si sa c c o m p l i s h e d t h es y s t e mi sb a s e do nt h ed s ps o f t w a r er e s e a r c hp l a t f o r m ，u s e dc l a n g u a g e a n da s s e m b l e rl a n g u a g ep r o g r a m m i n g f o l l o w st h el a m i n a t i o nd e s i g nt h o u g h ta n dt h e m o d u l a rd e s i g nm e t h o d ，t h ea r t i c l ep r o p o s e st c p i pp r o t o c o ls t a c ka n da n a l y z e s e n c a p s u l a t i o no fd a t af r a m e s p r i n c i p l eo f a r p , i p , i c m p , t c pp r o t o c o li si n t r o d u c e d b a s e dv i s u a lc + + l a n g u a g ea n dt h eo b j e c t o r i e n t e dp r o g r a m m i n gt h o u g h t ，t h e s o f t w a r ed e s i g no fi n t e r a c tb a s e dr e m o t ee l e v a t o rm o n i t o r i n gs y s t e mi sc o m p l e t e d s y s t e mi n c l u d e sp e r m i s s i o nm o d u l e ，r e a l - t i m em o n i t o r i n gm o d u l e ，d a t am a i n t e n a n c e m o d u l ea n dt h ed a t aa n a l y s i sm o d u l e t h ef a i l u r ea n dt h er u n n i n gs t a t eo fe l e v a t o r s a r es h o w e dd y n a m i c l y t h eu s e ri n f o r m a t i o n ，t h er u n n i n gs t a t eo fe l e v a t o r s ，s o l u t i o n o ff a i l u r ea n dm a i n t e n a n c ei n f o r m a t i o na r em a n a g e db yd a t a b a s e t h ed e s i g no fa t l t e m p l a t ec l a s s a n ds o f t w a r ei n t e r f a c eo fr e m o t ee l e v a t o rm o n i t o r i n gs y s t e ma r e a c c o m p l i s h t h el a s to fa r t i c l eh a sp r o s p e c t e dd e v e l o p m e n to ft h er e m o t ee l e v a t o r i i 武汉理j ：人学硕十学位论文 m o n i t o r i n gs y s t e m k e yw o r d s ：i n t e l l i g e n te l e v a t o r ，i n t e m e t , r e m o t em o n i t o r i n g ，t c p i pp r o t o c o ls t a c k ， d a t a b a s e l l i 此页若属实请申请人及导师签名。 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：- 二受蜀喳日期立二= 互垒 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅； 学校可以公布论文的全都内容，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 注：请将此声明装订在论文的目录前。 武汉理_ l 人学硕十学位论文 第1 章绪论 1 1 课题研究背景和意义 网络技术近几年来的飞速发展，使得基于网络的各种智能家电和仪器仪表等 设备都可以充分利用局域网甚至广域网来达到远程监控的目的。而随着城市化建 设步伐的加快，高层建筑物增多，作为垂直运输主要工具的电梯得到了越来越广 泛的应用，同时人们对电梯安全性、高效性、舒适性的不断追求，使得需要与之 相适应的远程监控系统来对电梯的运行状态和故障进行监测统计，以便维修人员 在第一时间发现电梯隐患和故障，并在最短时间内采取行之有效的措施，缩短故 障停梯时间，实现管理自动化，提高服务质量。 远程监控系统是电梯生产企业进行市场竞争的重要手段，电梯远程监控系统 是当今控制领域的先进技术，中国电梯行业继p l c 控制系统与v v v f 调速系统 之后的又一技术进步【。p l c 控制成功地解决了长期困扰中国电梯行业的可靠性 问题，而v w f 调速系统则成功地解决了电梯运行舒适感的问题。通过这两次 技术的应用，中国电梯产品无论是可靠性还是舒适感在某些程度上都已经基本能 够和国外产品相抗衡了。在1 9 9 7 年和1 9 9 8 年的中国国际电梯展览会上，永大日 立公司没有着重介绍其电梯产品，而是将其远程监控服务系统作为重点进行宣 传；o t i s 公司也推出了先进的r e m 系统；其它合资企业也已经或正在推出各 自的远程监控系统。这些情况表明：电梯远程监控系统作为电梯企业进行技术服 务及市场竞争的重要手段，已经从幕后走向了前台。 电梯远程监控系统是维保电梯提高服务质量的重要工具。通过安装远程监控 系统，可以变被动保养为主动保养，使用户的故障停梯时间大大缩减。同时电梯 远程监控系统的故障信息记录数据库能够方便地使维保中心建立起一套电梯运 行、故障及维修档案库，被保养电梯何时出现故障、维修人员何时到现场、电梯 如何恢复正常等数据都会记录在数据库中。可以对某台电梯，某组群控电梯，或 某一特定时间段的电梯故障及维修情况进行统计。若要对某种电梯的性能和电梯 维修保养单位的服务质量进行评估，则可以提供全面、翔实、客观的资料。维保 中心的操作人员可以通过监控软件定期对数据库进行数据整理、统计和报表打印 等工作。 网络作为一个信息交换的平台，给我们的工作和生活带来便利，公司、企业 和住宅小区都可以接入因特网，运用i n t e r n e t 技术和分布在各地的电梯所在的局 武汉理r 大学硕七学位沦文 域网把每台电梯连接起来，也就是让电梯上网，通过i n t e r n e t 实时传送电梯的工 作状态和工作参数。这种电梯远程监控系统直接利用已有的网络资源，不必铺设 专用线路，也不必使用电话线和调制解调器上网，不仅方便、快捷，而且可靠性 较高，可以及时发现故障隐患，缩短维修周期，降低维护费用，具有十分广阔的 发展前景【2 l 。 1 2 国内外电梯远程监控系统研究现状 电梯是机电一体化的高技术产品，国产电梯的技术水品和产品质量已经有了 很大的进步，但电梯运行中关人、撞底和冲顶等事故时有发生。电梯运行可靠性 的提高方面要通过改进设计、提高制造工艺和安装质量来解决，另一方面要依 靠科学合理的维修保养体系和先进的监控技术来实现。由于电梯的使用时间较 长，电梯的维护与管理是电梯的使用中最重要的环节之一。目前国内电梯维护采 用的主要方式为定期上门保养，发生故障时电话召修的传统方式。但随着电梯数 量的增多，地点分散，加上维修人员数量有限，维修人员不能及时赶到故障电梯 的现场；没有提供详细的电梯日常运行的记录和监测资料，维修人员只能凭借经 验和监测仪器来检查故障，增加了分析与排除故障的难度，延长了维修的时间。 所以这种传统的维护方法越来越不适应时代的发展需要，而远程监控技术的出现 能有效的改善上述情况。 电梯监控技术随着计算机通信和网络技术的发展发生了巨大的变化，对被监 控对象从单一的现场监控发展到分布式监控，从集中监控发展到与信息管理相结 合，所以当前先进的电梯远程监控系统是集监控、管理和决策支持功能于一体的 信息自动化系统。 目前，电梯远程监控系统的重要性越来越引起人们的关注，国外比较大型的 电梯公司都拥有成熟的远程监控系统。例如o t i s 公司的r e m s ( r e m o t ee l e v a t o r m o n i t o r i n gs y s t e m ) 系统、德国蒂森克虏伯电梯集团的t e - e ( t e l e - s e r v i c e ) 型电梯远程监控系统、法国a u t i n o r 公司的远程监控系统等。国内的很多公司 和科研院所也在积极开发自己的监控系统，如中国建筑科学院机械化研究分院的 凯博电梯远程监控系统、无锡中秀电梯公司的电梯远程视频监控系统、阿尔发机 电科技有限公司的电梯远程监控系统等。但是由于各个公司是针对自己的电梯产 品开发出来的监控系统，所以具有各自的功能特点，下面将国内外各电梯公司不 同的远程监控系统进行介绍和比较： ( 1 ) 德国蒂森克虏伯公司的远程监控系统具有控制电梯的功能，能检测和 识别误操作紧急呼救功能；能显示电梯的运行状态，并进行分析与处理，转化为 2 武汉理j 人学硕士学位论文 图表来显示行驶方向和每层楼的呼叫次数、呼叫与处理时间曲线等；自动故障报 警。该公司研制的t e e 型电梯远程监控系统，监控中心通过公共电话网( p s t n ) 拨号连接某一台电梯监控其运行状态，当发生严重故障时，电梯将自动对报警电 话拨号报警，提醒值班人员。但是这些监控系统仅适用于蒂森克虏伯公司生产的 电梯和自动扶梯【3 。 ( 2 ) o t i s 公司的电梯远程监控中心，由o t i s 公司自行研发的电梯监控系 统，具有分级报警的功能( 乘客被困报警、自动故障报警和电梯运行表现警报等) ， 监控系统自动发出电梯服务中断的信号，显示地点和问题【4 l 其结构如图1 - 1 所 示。 图1 1 美国奥的斯公司e m s 的结构 ( 3 ) 日立电梯远程监控系统2 4 d , 时监控用户电梯的运行状况，为每一台电 梯建立运行状态数据档案，定期进行检查保养，有效防止电梯故障的发生，大大 延长电梯的使用寿命。当电梯发生故障时，信号自动接通监控中心，监控装置显 示电梯的故障资料并立即向电梯故障发生地的维修人员发出指令，确保第一时间 赶到现场。 ( 4 ) k o n e 公司的e m c 监控指令系统通过m o d e n 和标准电话线实现电梯和自动 扶梯的远程实时监控，具有较好的运行数据库管理分析功能，可以将指定时间段 内的数据转化为直观形象的图表；具有独特的运行记录回放功能，有助于故障查 询诊断【5 1 。 ( 5 ) 中国建筑科学院机械化研究分院的凯博电梯远程监控系统由位于电梯 机房的信号采集与处理器、负责信号调制与传输的调制解调器和电话网络、向操 作员提供监控界面的服务中心计算机3 部分组成。其基本工作过程如下：由前端 机随时采集电梯的运行状态和有关信息，在电梯发生故障时通过电话网络将故障 武汉理上人学硕卜学位论文 信息传送给位于服务中心的服务器。维护人员可以在服务器上随时拨号接通前端 机，通过监控窗口直观地观察到与监控中心相连的任意电梯的运行信息，还可以 对电梯进行远程故障诊断【6 】o ( 6 ) 无锡中秀电梯公司的电梯远程视频监控系统，将电梯运行数据和轿厢 内的视频图像、语音信息通过电话线同时传送，维修人员可以在监控中心查看电 梯视频图像；通过z x d e 系列采集器实现电梯状态可监视化，有一定的通用 性，但采集信号点有限。 国外各公司的电梯远程监控系统成本较高，一般只有高档电梯产品才配置远 程监控系统，且只能监控本公司生产的电梯，无法与其他公司同类型的电梯产品 相兼容。还有价格和产品定位等原因，国外的电梯远程监控系统在国内的实际使 用有一定的局限性。 国内的一些科研单位和公司也尝试开发了电梯远程监控系统，一般基于专用 网络和总线，系统功能一般局限于电梯内、外呼和门信号的实时监控和自动报警 等基本功能，而基于网络通讯技术、数据库技术和多媒体技术对电梯控制信号、 视频音频信号、报警信号进行管理和分析的监控系统还在逐步探索中。 1 3 本课题研究内容 随着网络技术的发展，可以在网络这个开放共享的资源平台下，充分利用数 据库和多媒体技术对分布在各个小区、城市乃至更大的范围的电梯运行状况进行 监控。电梯数据通过网络传送给远程监控系统，监控中心采用各种巡检方式不断 检查电梯的运行状态，处理并显示各个电梯发送来的数据和报警信号。本文借助 网络资源、计算机平台和通信技术，通过面向对象语言编程，开发了一套功能丰 富的智能电梯远程监控系统。主要内容如下： 第2 章研究了d s p 接入以太网的方法，选择适合本系统的以太网控制芯片 r t l 8 0 1 9 a s ，设计接口电路和r 1 18 0 1 9 a s 驱动程序。 第3 章基于d s p 软件开发平台，运用c 语言和汇编语言编程方式，遵循分 层设计思想和模块化设计方法，实现了适合本系统的精简t c p i p 协议栈，实现 了电梯运行状态和工作参数的网络传输。整个协议栈的设计基于t c p i p 协议的 参考模型，对相关协议进行简化设计。r t l 网1 9 a s 的驱动程序实现了网络接口 层的功能，具体介绍了数据帧的封装过程，主要协议的工作原理、a r p 模块、i p 模块、i c m p 模块和t c p 模块的详细设计，各模块的数据结构和函数模块的调用。 第4 章根据电梯远程监控的功能需求，采用v i s u a lc + + 语言的面向对象的 编程思想，完成了电梯远程监控系统界面的设计，实现了电梯运行状态的动态显 4 武汉理l ：大学硕 ：学位论文 示和监控系统主界面的设计。采用a t l 模板类完成了电梯各种信息的数据库管 理，具体包括登录权限模块、实时监控模块、数据维护模块和数据分析模块四个 模块。其中数据维护模块包括用户信息、运行状态、故障处理和维修保养四个数 据库来存储所需的电梯信息。 武汉理r 大学硕+ 学位论文 第2 章以太网接口的设计和实现 2 1 硬件设计方案 系统硬件以高性能的嵌入式微处理器t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 和以太网控制芯片 r t m 0 1 9 a s 为核心来设计硬件接口电路，并在d s p 中用软件实现t c p i p 协议 栈，使d s p 芯片具备上网功能，从而可以用监控系统服务器通过网络接口与电 梯( 即d ! 灌电路板) 进行大量数据交换并对其进行控制。d s p 主要完威数据的 解包和封装。当有数据从r t l 8 0 1 9 a s 传输过来时，d s p 对数据包进行分析，如 果是a r p 数据包，程序转入a r p 处理程序。如果是l p 数据包，通过判断i p 数 据包的类型，转入相应的i c m p 处理程序和t c p 处理程序，数据解包后，将需 要的数据保存。当d s p 发送数据时，则将数据进行层层封装，发送到r t l s 0 1 9 a s 缓冲区，由r t l s 0 1 9 a s 将数据封装成以太网数据帧后输出到局域网中。d s p 完 成t c p i p 协议栈网络层的功能，而r t l 8 0 1 9 a s 则完成网络接口层的功能。 2 1 1 数字信号处理器d s p d s p ( d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r ) 作为一种微处理器，其设计的出发点和c p u 和 m c u 等处理器不同，d s p 是为完成实对数字信号处理任务而设计的。传统的微 处理器采用冯诺依曼结构，将指令和数据存放在同一存储空间中，统一编址， 指令和数据通过同一总线访问同一地址空间上的存储器。而d s p 芯片是一种并 行体系结构，即哈佛结构，程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器 和数据存储嚣是两个相互独立的存储器，与之对应的是系统中设置的程序总线和 数据总线，使数据的吞吐率提高了一倍门。并采用流水线技术，将每条指令分解 为多步，使各部操作重叠，从而实现几条指令并行处理，极大的提高了处理数据 的速度。 t i 公司生产的t m 3 2 0 系列d s p 的体系结构将实时处理能力和控制器外设功 能集于一身，适合应用于电梯在极短时间内对大量信号进行检测和处理的要求。 t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 是t m s 3 2 0 系列中最新的高性能1 6 位d s p ，是定点d s p c 2 0 0 0 平台系列中的一员，专为电动机控制与运动控制数字化优化实现而设计。它集 c 2 x x 内核增强型t m s 3 2 0 设计结构及适用于控制的低功耗、高性能、优化外围 电路于一体，内部采用增强型哈佛结构，四级流水线作业，相对于过去的1 6 位 武汉理1 一人学硕e 学位论文 的微处理器，具有更高的性能和可靠性忆t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 有以f 特点： ( 1 ) 采用高性能静态c m o s 技术，使得供电电压降为3 3 伏，减小了控制器 的功耗；3 0 m i p s 的执行速度使得指令周期缩短到3 3 n s o o m h z ) ，从而提高了控制 器的实时控制能力。 ( 2 ) 片内高达3 2 k 字的f l a s h 程序存储器，高达1 5 k 字的数据耀序r a m ， 5 4 4 字双口r a m a a a m ) 和2 k 字的单口r a m ( s a r a m ) 。 ( 3 ) 两个事件管理器模块e v a 和e v b ，每个包括：两个1 6 位通用定时器： 8 个1 6 位的脉宽调制( p w m ) 通道。 ( 4 ) 可扩展的外部存储器( 2 4 0 7 ) 总共1 9 2 k 字：6 4 k 字程序存储器空间； 6 4 k 字数据存储器；6 4 k 字寻址空间。 ( 5 ) 芯片内置看门狗定时器模块( w d t ) 。 ( 6 ) 1 0 位a ，d 转换器最小转换时间为5 0 0 n s ，可选择由两个事件管理器来 触发的两个8 通道输入a d 转换器或一个1 6 通道输入的a d 转换器。 ( 7 ) 控制器局域网络( c a n ) 2 0 b 模块。 ( 8 ) 串行通信接口( s c i ) 模块。 ( 9 ) 1 6 位的串行外设( s p i ) 接口模块。 f 1 0 1 基于锁相环的时钟发生器。 ( 1 1 ) 高达4 0 个可单独编程或复用的通用输入、输出引脚( g p i o ) 。 ( 1 2 ) 5 个外部中断( 电机驱动保护、复位和两个可屏蔽中断) 。 ( 1 3 ) 电源管理包括3 种低功耗模式，并且能独立将外设器件转入低功耗模 式1 9 】， 2 1 2 以太网控制器r t l s 0 1 9 a s 以太网控制芯片除了实现与双绞线的物理连接、介质访问控制( 如 c s m 刖c d 载波监听多路访问) 、数据帧的拆装、帧的发送与接收、错误校验、 数据信号的编码解码、还有数据的串、并行转换等功能外，还可以与外围电路 一起完成数据的发送和接收。 目前市场上普遍使用p c i 总线的以太网控制芯片，但是需要有p c i 总线接 口的支持，通常还需要另加芯片来进行p c i 总线操作，且总线接口比较复杂，所 以普通的微控制器一般都选择i s a 总线的以太网控制器。同时还考虑到芯片缓 存的功能，以免在处理数据包时出现数据丢失和溢出。最后考虑到成本和数量的 因素，没有采取最新的以太网控制芯片，而是采用了性价比较高，广泛使用的以 太网控制器r t l 8 0 1 9 a s ，这款芯片是台湾r e a l t e k 公司生产的一种高度集成的 武汉理i 大学硕士学位论文 1 0 m 以太网控制器，集成了片内1 6 k 字节r a m ，支持全双： ，内部的r a m 可以 用作发送和接收的缓冲区，还可以选择使用e e p r o m 来保存芯片配置信息。 ( 1 ) r t l 8 0 1 9 a s 简介 r 丁l 8 0 1 9 a s 的特性如下： 支持e t h e m e t 兀和i e e e 8 0 2 31 0 b a s e ，1 0 b a s e ，1 0 b a s e t ； 软件兼容8 位和1 6 位的n e 2 0 0 0 模式； 支持跳线模式和非跳线模式； 支持非跳线模式下的m i c r o s o f t sp l u ga n dp l a y 配置； 支持双倍信道带宽的全双工以太网； 支持三级掉电模式： 睡眠 内部时钟运行掉电 内部时钟运行停止掉电 内置数据预取功能来改善性能； 支持u t p , a u i 和b n c 的自动检测； 支持8 路中断请求( i r q ) ； 支持1 6 位加基地址选择； 支持以每页1 6 k 、3 2 k 、6 4 k ( 最多2 5 6 页，每页1 6 k 字节) 访问方式访问 b r o m ： 支持在远程启动后取消b r o m 对芯片的控制以释放内存； 内部带有1 6 k b 的s r a m ； 可以使用9 3 4 6 ( 6 4 * 1 6 - - b i te e p r o m ) 来保存资源配置和i d 参数； 支持4 个具有可编程输出的诊断l e d 脚【1 0 】； ( 2 ) r t l 8 0 1 9 a s 的逻辑功能 r t l 8 0 1 9 a s 以太网控制器由接收逻辑控制器、接收c r c 校验、接收计算器、 f i f o 逻辑队列、发送逻辑控制器、发送c r c 校验、内部总线和v o 缓冲区等组 成，每个模块有相应的寄存器进行控制。它的逻辑功能大致分为以下几个部分： 接收逻辑：实现接收过程串行到并行数据转换，在每行接收脉冲之后将一个 字节数据送入1 6 字节f i f o 中，将在检测到帧定界符后的6 个字节送到地址识 别逻辑比较。 c r c 产生校验逻辑：在发送过程中，将数据帧进行c r c 算法，在数据域后 武汉理1 人学硕士。字位论文 将产生的c r c 码发送出去，在接收过程中，对接收帧进行c r c 校验，将结果与 帧尾的c r c 比较，如果不同，该帧数据将被拒收。 发送逻辑：实现在发送过程从f i f o 读出并行数据并转换成串行位流发送到 c r c 校验，在每个数据帧发送之前，自动加入6 4 位的帧前同步字符序列，在数 据帧之后加入3 2 位c r c 码。 地址识别逻辑：将接收到的数据帧中目的地址和地址寄存器阵列中的站地址 ( 即预先设置的本地物理地址) 进行比较，判定是否为发到本站的帧，如果不同 且不满足广播地址的设置要求，该帧数据将被拒收。同时支持多地址和广播地址 的连接方式。 f i f o 和f i f o 逻辑控制：n i c 中有6 个字节的f i f o 缓冲区，其控制逻辑实现 在发送和接收过程中从f i f o 取出和存入数据进行缓冲，减少对本地d m a 请求 的频率，并防止发生断流或溢流。 协议p c a ：负责实施以太网规范，包括后退算法和碰撞恢复。 d m a 和缓冲控制逻辑：用来控制两个d m a 通道，一个是本地d m a ，用做 缓冲r a m 与f i f o 之间的数据交换，是8 0 1 9 a s 与网线的连接通道，完成控制 器与网线的数据交换，具有较高优先级；远程d m a 用作外部存储器与 r t l 8 0 1 9 a s 内部缓冲r a m 之间的数据交换。 其中r t l 8 0 1 9 a s 的结构如图2 1 所示： 地址识别逻辑| 一一一 广一 图2 1r t l 8 0 1 9 a s 结构图 当d s p 向网上发送数据时，先将数据通过远程d m a 通道送到r t l s 0 1 9 a s 的发送缓存区，然后发出传送命令，当r t l 8 0 1 9 a s 完成上一帧的发送后，再开 始这一帧的发送。r t l 8 0 1 9 a s 对接收到的数据送到f i f o ，进行c r c 校验和地 址识别后存到缓冲区，收满一帧后，以中断、查询或寄存器标志的方式通知d s p 。 9 武汉理工人学硕j = 学位论文 ( 3 ) r t l 8 0 1 9 a s 的寄存器 r t l s 0 1 9 a s 片内寄存器分为n e 2 0 0 0 寄存器和p n p 寄存器，它所有的内部 寄存器都是8 位的，映射到4 个页面，微处理器通过命令寄存器c r 中的p s l 和 p s 0 位来寻址不同页面，当p s i = 0 ，p s 0 = 0 ，指向第o 页；当p s i = 0 ，p s 0 = 1 。指向 第1 页；当p s i = i ，p s 0 = 0 ，指向第2 页；当p s l = 1 ，p s 0 = i ，指向第3 页。r t l 8 0 1 9 a s 的引脚s a 0 s a 4 来寻址每个页面中的寄存器。第0 页和第1 页中的寄存器很重 要，用于数据的收发控制以及中断管理等，第2 页和第3 页用于r t l s 0 1 9 a s 的 诊断和些配置。 几个比较重要的寄存器有：命令寄存器c r 、数据配置寄存器d c r 、发送配 置寄存器t c r 、发送状态寄存器t s r 、接收配霹寄存器r c r 、接收状态寄存器 r s r 和用于本地d m a 的收发寄存器t p s r 、t b c r 0 、t b c r l 、p s t a r t 、p s t o p 、 c u r r 、b n r y 以及远程d m a 的收发寄存器r s 舢r 0 、r s a r 和字节计数器 r b c r 0 、r b c r l ，如表2 1 所示。这些寄存器的使用在后面的驱动程序设计中 会详细的介绍，在这里就不再赘述。 表2 1r t l s 0 t 9 a s 寄存器地址表 r 0 t e 0黼油 融i 妇破嘲 阚刚：；l 静懒翩瓣l y e ! d o 馐 c 曼c 甚c 鬟c 冀 c 囊 0 1a 粥 ， 舳 孵 ，c r 9 i 硒( 鬟驰拍c r 0 2 a 吼l髂pp r ip s t o p 晟黝钮甜犍娃e 0 3 珊喂y攫幔yp j 啦 c d j 豫即 0 4 t s 曩弧啦宾柚1 3司糯 c o 秣l 1 6 l0 嘎订翟四 0 5 持魄訇脚融幢4 c o 翻鞭g ：c 嘏n g 2 。6 嫩 1 1 瞧l 争柚l 5 o 饿垤强c 1 d 2 谮i 翻 0 7嫩燃 c l 瓤麟r 0 8 a 啪r s 啪m 椭 e s ：i 、琏罐矿 0 9 c | 国a lr 蠛lm 娃l 矗z 量晓蔗 o a删鲥z r 盈瑚m a r 2 0 b 铀i 9 l n l 糊c 黧im a r 3脚絮 0 c 憋瞧m 椭燃烈卿 0 d a 用黜豫m 糙弧0 饿叼砌 0 e a 订冀l黼m 舢燃 o f a 涨m 地7觚 1 0 - 1 7 黜口k m d a 鲰l l 昏t fi m 瓣 r t l s 0 1 9 a s 有3 2 个i o 地址，地址偏移量为0 0 h 1 f h ( 对应于2 4 0 h 的地 址偏移量为0 0 h ，2 4 1 h 的地址偏移量为0 1 h 2 5 f h 的地址偏移量为l f h ) ，其中： 0 0 h 一0 f h 共1 6 个地址，为寄存器地址； 1 0 h 一1 7 h 共8 个地址，为d m a 地址； 武汉理1 大学硕_ = 学位论文 1 8 h 一1 f h 共8 个地址，为复位端l i l l 】。 ( 4 ) r t l 8 0 1 9 a s 的内部r a m 结构 r t l 8 0 1 9 a s 有两块r a m ，一块1 6 k 字节的r a m 的地址为o x 4 0 0 0 o x 7 f f f f , 这块r a m 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：另 一块3 2 字节的r a m 的地址为o x 0 0 0 0 o x 0 0 1 f ，网卡在上电的时候将9 3 c 4 6 的 部分内容读到这块r a m 中，但本课题中未使用9 3 c 4 6 ，所以设计的时候也没有 使用这块r a m 。8 0 1 9 a s 的内部r a m 是分页存储，每2 5 6 个字节为一页， o x 0 0 0 0 o x 0 0 1 f 是一页，称为第o 页；o x 4 0 0 0 o x 4 0 f f 是一页，称为第o x 4 0 页 ( 或页o x 4 0 ) ，页码是1 6 位地址的高8 位，后面依次类推。第0 页也口qp r o m 页，用来存放以太网的物理地址。 2 2 硬件接口电路设计 网络接口的设计采用前面介绍的t m s 2 4 0 7 来控制以太网芯片r t 王_ 加1 9 a s 进行数据的传输。 d s p 2 4 j 0 7 的供电电源是3 3 伏，而r t l s 0 1 9 a s 的供电电源是5 伏，d s p 不 能承受5 伏的电压，所以需要在两种芯片之间加上3 - 3 伏供电的7 4 l v l 6 2 4 5 a 作 为电平转换。同时由d s p 的r 选定引脚来控制7 4 l v l 6 2 4 5 a 的d i p 引脚， d i r 引脚用来控制数据的传输方向，当其为高电乎时d s p 从r t l 8 0 1 9 a s 读数据， 低电平时向r t l 8 0 1 9 a s 写数据【1 2 】。 d s p 的1 6 位地址线和1 6 位数据线是分开的总线，而r t l 8 0 1 9 a s 的2 0 位 地址线和1 6 位数据线也是分开的总线，因此选择r t l s 0 1 9 a s 的1 6 位i o 内存 映射模式，即d s p 的数据线d o d 1 5 经过电平转换与r t i _ 8 0 1 9 a s 的s d 0 s d l 5 相连。为了使y o 命令有效，地址使能引脚接地t 1 3 】。 r t l 8 0 1 9 a s 可以兼容8 位和1 6 位的操作，当r t l 8 0 1 9 a s 上电复位时， i o c s l 6 s 为低电平，将选择8 位模式；i o c s l 6 s 为高电平，将选择1 6 为模式。 由于d s p 2 4 0 7 为1 6 位模式，所以在这里i o c s l 6 s 接高电平i “j 。 r t l 8 0 1 9 a s 的i o c h r d y 引脚通过电平转换接到c p l d 芯片m a x 7 1 2 8 的 引脚，用以给d s p 读写命令插入等待周期，解决d s p 快速读写而与r t l 8 0 1 9 a s 不匹配的矛盾。r t l s 0 1 9 a s 的读写信号分别为i o r b 和i o w b 。 将s m e m w b 和s m e m r b 引脚接高电平，屏蔽远程自举功能。 r t l 8 0 1 9 a s 的b r o m 地址由引脚7 2 ，7 1 ，6 9 ，6 8 ，6 7 ( b s 4 b s 0 ) 决定， 武汉理l 大学硕十学何论文 如表2 2 所示。 表2 2r t l 8 0 1 9 a s 的b r o m 地址表 b s 4b s 蹲b s 2b 8 lb s o 嚣r d 融b a s e r i z e oo 4 d t s a b l e d 0i 0 0 0c 0 0 0 h 3 2 k o lo o 1c 8 0 0 h 3 2 k 0 10 1 0d 0 0 0 h 。3 2 x o lo1ld 8 0 0 l l3 2 x ollooc o h 6 4 k ollo1d o 瓣1 6 4 x looo0 c o o o h 16 】 l 00 0 1c 4 0 0 h 1 6 k l 0 010 ( 8 0 0 h 1 6 k lo 0 l l c c 0 0 h , 1 6 k loloo d 0 0 0 h 1 6 k l ol o li m 0 0 h 。l 国【 lollod 8 0 0 h 1 稠【 1ollld c o o h 1 磁 l l0 0 0c 0 0 0 h , p a g e ll001 c 4 0 0 h p a g e ll01oc a 0 0 h , p a g e llol1 c c 0 0 h 。p a g e llloo d 0 0 0 h p a g e 1 11 0l i ) 4 0 0 h ，p a g e lll1o d s 0 0 ep a g e 1lll1 d c 0 0 h 。p a g e 在本课题中，接口设计属于嵌入式系统，一般不使用b r o m ，所以b s 4 和b s 3 接低电平，其它引脚悬空。b r o m 是b o o tt o m 的缩写，在电脑里用来做无盘工作 站时使用，可以从网卡进行引导，而不是从a 盘，c 盘等引导系统【1 ”。 r t l s 0 1 9 a s 的中断由i r 0 2 口q 0 来控制，本课题中使用的是查询方式。 在u n i x 和w i n d o w s 中，由于电脑的处理速度快，响应和处理中断的时间很 短，所以对网卡的驱动主要采用中断的方式。但在电梯控制系统中，d s p 除了处 理网络芯片外，还要控制轿厢和呼梯的正常运行，处理一次r t l s 0 1 9 a s 的中断 请求，接送一个数据包要消耗几毫秒的时间，还是在将中断设置在高优先级的情 况下，这必然会影响d s p 处理轿厢和呼梯的中断请求。所以采用查询方式进行 数据包的接收处理。 2 2 1r t l s 0 1 9 a s 的工作方式 r t l s 0 1 9 a s 支持三种工作方式： 第一种为跳线方式，i o 基址和中断由跳线决定； 第二种为即插即用方式，由软件自动配置相应的参数 武汉理j 人学硕士学位论文 第= 种为免跳线方式，i o 和中断由外接的9 3 c 4 6 的内容决定。 r t l 8 0 1 9 a s 采用哪种工作方式由第6 5 脚j p 决定，j p 是输入引脚，当它为 低电平( 其它引脚也是这样，悬空的输入引脚的电平为低电平，里面有一个1 0 0 k 的下拉电阻) ，r t l 8 0 1 9 a s 工作在第二种和第三种方式下，需要使用9 3 c 4 6 芯片； 当j p 接高电平( 接到v c c 或通过一个1 0 k 的电阻上拉) ，r t l s 0 2 9 a s 工作在第一 种方式下。不需要使用9 3 c 4 6 。通常使用的计算机一般采用即插即用方式和免跳 线方式。