常用的嵌入式系统网络接口

1、常用的嵌入式系统网络接口4.6.1 I2C总线接口设计 I2C总线(内部集成电路总线）是飞利浦公司开发的一种常用于将微处理器连接到系统的一种双向二进制同步串行总线。I2C总线多应用消费电子、通信和工控领域，是一个串行的8位双向数据传送总线。常将其用于连接串行存储器和LCD控制器，也可以作为MPEG-2视频片的命令接口。 使用I2C总线接口有4种操作模式： 主传送模式、主接收模式、从传送模式、从接收模式。 I2C总线的版本使用的电源电压是2V,传输速率是。它只使用3条线，其中串行数据线（SDL）用于数据传送；串行时钟线（SCL）用于指示什么时候数据线上是有效数据；还有一条公共地线。 2常用的嵌入

2、式系统网络接口 I2C总线接口设计 工作于全双工通信形式。I2C规范并未限制总线导线的长度，只要总线的总电容保持在400Pf以下即可。 每个I2C接口的设备都有一个唯一的7位地址（扩展方式为10位），便于主控器寻访。正常情况下，I2C总线上的所有从执行设备被设置为高阻状态，而主执行设备保持高，表示空闲状态。网络中的各设备都可以作为发送器和接收器。 网络中的每一个I2C接口设备都使用开放集电极/开放漏极电路，并被连接到串行时钟信号SCL和串行数据SDA这两个专用线上。其工作原理如下：3常用的嵌入式系统网络接口1、S3C2410的IIC结构S3C2410的IIC主要有5部分构成：数据收发寄存器、数

3、据移位寄存器、地址寄存器、时钟发生器、控制逻辑等部分。如下图所示。状态寄存器IIC控制逻辑控制寄存器地址寄存器分频器数据收发寄存器移位寄存器比较器SDASCLPclk片内数据总线常用的嵌入式系统网络接口2、 IIC总线系统组成IIC总线是多主系统：系统可以有多个IIC节点设备组成，并且可以是多主系统，任何一个设备都可以为主IIC；但是任一时刻只能有一个主IIC设备，IIC具有总线仲裁功能，保证系统正确运行。主IIC设备发出时钟信号、地址信号和控制信号，选择通信的从IIC设备和控制收发。系统要求：（1）各个节点设备必须具有IIC接口功能；（2）各个节点设备必须共地；（3）两个信号线必须接上拉电阻

4、。如下图所示。IIC 1IIC 2IIC nSCLSDA主IIC+Vcc上拉电阻5常用的嵌入式系统网络接口3、IIC总线的工作原理（1）IIC总线对数据线上信号的定义：1）总线空闲状态：时钟信号线和数据信号线均为高电平。2）起始信号：即启动一次传输，时钟信号线是高电平时，数据信号线由高变低。3）停止信号：即结束一次传输，时钟信号线是高电平时，数据信号线由低变高。SDASCL起始信号结束信号数据位信号数据位常用的嵌入式系统网络接口4）数据位信号：时钟信号线是低电平时，可以改变数据信号线电位；时钟信号线是高电平时，应保持数据信号线上电位不变，即时钟是高电平时数据有效。5）应答信号：占1位，数据接收

5、者接收1字节数据后，应向数据发出者发送一应答信号。低电平为应答，继续发送；高电平为非应答，结束发送。6）控制位信号：占1位，主IIC设备发出的读写控制信号，高为读、低为写（对主IIC设备而言）。控制位在寻址字节中。SDASCL起始信号结束信号数据位信号数据位常用的嵌入式系统网络接口7）地址信号：为从机地址，占7位，如下表所示，称之为“寻址字节”，各字段含义如下：器件地址（DA3-DA0）：是IIC总线接口器件固有的地址编码，由器件生产厂家给定。如IIC总线EEPROM AT24C的器件地址为1010等。引脚地址（A2、A1、A0）：由IIC总线接口器件的地址引脚A2、A1、A0的高低来确定，接

6、电源者为1，接地者为0。读写控制位（R/ W）：1表示主设备读，0表示主设备写。7位地址和读写控制位组成1个字节。D7D6D5D4D3D2D1D0DA3DA2DA1DA0A2A1A0R/ W常用的嵌入式系统网络接口（2）IIC总线数据传输格式1）一般格式：2）主控制器写操作格式：红色起始信号S、地址信号、控制信号W、各个数据、结束信号P，均为主IIC设备发送、从IIC设备接收；黑色的应答信号A/A为从IIC设备发送、主IIC设备接收。3）主控制器读操作格式：红色的信号均为主IIC设备发送、从IIC设备接收；黑色的信号均为从IIC设备发送、主IIC设备接收。S 从IIC地址(7位) R/W A

7、传输数据 A PS 从IIC地址 W A 数据1 A 数据2 A 数据n A/A PS 从IIC地址 R A 数据1 A 数据2 A 数据n A P常用的嵌入式系统网络接口4）主控制器读/写操作格式：由于在一次传输过程中要改变数据的传输方向，因此起始信号和寻址字节都要重复一次，而中间可以不要结束信号。在一次传输中，可以有多次启动信号。 数据1 A 数据2 A 数据3 A 数据m A/A PS 从IIC地址 R A 数据1 A 数据2 A A rS 从地址 W A10常用的嵌入式系统网络接口（3）读写操作 在发送器模式下，数据被发送之后，IIC 总线接口会等待直到 IICDS（IIC 数据移位寄

8、存 器）被程序写入新的数据。在新的数据被写入之前，SCL 线都被拉低。新的数据写入之后， SCL 线被释放。S3C2410X 可以利用中断来判断当前数据字节是否已经完全送出。在 CPU 接收到中断请求后，在中断处理中再次将下一个新的数据写入 IICDS，如此循环。 在接收模式下，数据被接收到后，IIC 总线接口将等待直到 IICDS 寄存器被程序读出。 在数据被读出之前，SCL 线保持低电平。新的数据从读出之后，SCL 线才释放。S3C2410X 也利用中断来判别是否接收到了新的数据。CPU 收到中断请求之后，处理程序将从 IICDS 读取数据。 11常用的嵌入式系统网络接口通信格式示意图常用

9、的嵌入式系统网络接口4、IIC专用寄存器S3C2410有4个专用寄存器Register Address R/W Description Reset Value IICCON0 x54000000 R/W IIC总线控制寄存器0 x0XIICSTAT0 x54000004 R/WIIC总线控制/状态寄存器0 x0IICADD 0 x54000008 R/W IIC总线地址寄存器0 xXXIICDS0 x5400000C R/W IIC数据发送/接收寄存器0 xXX13常用的嵌入式系统网络接口1）IIC控制寄存器（IICCON）字段名 位意 义 初值 Acknowledgegeneration7

10、应答使能。0：禁止应答；1：自动应答 应答电平：Tx时为高；Rx时为低00Tx clock sourceselection6 发送时钟分频选择。 0：IICCLK = f PCLK /16； 1：IICCLK = f PCLK /5120Tx/Rx Interrupt5 收发中断控制位。0：禁止；1：允许0Interrupt Pending flag4 中断标志位。读：0无，1示有中断请求 写：写0清除中断标志，写1不操作0Transmitclock value3:0 发送时钟预分频值。 Tx clock = IICCLK/(IICCON3:0+1)0常用的嵌入式系统网络接口1）IIC控制寄存

11、器（续）说明： （1）应答使能问题：一般情况下为使能；在对EEPROM读最后1个数据前可以禁止应答，便于产生结束信号。 （2）中断事件：1）完成收发；2）地址匹配；3）总线仲裁失败。 （3）中断控制位问题：设为0时，中断标志位不能正确操作，故总设为1。 （4）时钟预分频问题：当分频位选择为0时，预分频值必须大于1。15常用的嵌入式系统网络接口2）IIC控制状态寄存器（IICSTAT）字段名 位意 义 初值 Mode selection7:6 工作模式选择。 00：从收； 01：从发 10：主收； 11：主发00Busy / STARTSTOP condition5 忙状态/启、停控制。读：1示

12、忙；0示闲 写：0产生结束信号，1产生启动信号0Serial output4 数据发送控制。0：禁止；1：允许发送0Arbitration Status flag3 仲裁状态标志。0：仲裁成功； 1：仲裁失败（因为在连续I/O中）0Address-as-slavestatus flag2 从地址匹配状态。 0：与IICADD不匹配 1：匹配。在收到SART/STOP时清00Address zerostatus flag1 地址状态标志。 0：收到的为非0地址1：收到0地址。在收到SART/STOP时清00Last-received bitstatus flag0 最后收到位状态。0：最后位为0

13、，收到 ACK； 1：最后位为1，未收到ACK。0常用的嵌入式系统网络接口2）IIC控制状态寄存器（续）字段名 位意 义 初值 Mode selection7:6 工作模式选择。 00：从收； 01：从发 10：主收； 11：主发00Busy / STARTSTOP condition5 忙状态/启、停控制。读：1示忙；0示闲 写：0产生结束信号，1产生启动信号0Serial output4 数据发送控制。0：禁止；1：允许发送0 IICSTAT控制字：启动主设备发送：0 xF0；结束主设备发送：0 xD0启动主设备接收：0 xB0；结束主设备接收：0 x9017常用的嵌入式系统网络接口3、I

14、IC地址寄存器（IICADD）Register Address R/W Description Reset Value IICADD0 x54000008R/W地址寄存器0 xXX字段名 位意 义 初值 Slave address7:1 7位从地址。0 xXXNot mapped0 不用-说明：（1）对从设备，该地址有意义，对主设备其值无意义。（2）只有在不发送数据时（数据传输控制位IICSTAT4 =0）才能对其写；任何时间都可以读。18常用的嵌入式系统网络接口4、IIC数据发送/接收寄存器（IICDS）Register Address R/W Description Reset Value

15、 IICADD0 x5400000CR/W数据发送/接收移位寄存器0 xXX字段名 位意 义 初值 Data shift7:0 8位移位接收或移位发送的数据0 xXX说明：（1）在本设备接收时，对其作读操作得到对方发来的数据。任何时间都可以读。（2）在本设备发送时，对其写操作，将数据发向对方。（3）欲发送数据，必须使数据传输控制位IICSTAT4 =1才能对其写。19常用的嵌入式系统网络接口5、IIC操作方法开 始设置IICCON从地址写入IICDS写0 xF0到IICSTAT主机发送数据ACK、产生中断要停止？等待停止位起作用清除中断标志清除中断标志发送数据写入IICDS写0 xD0到IIC

16、STAT结 束YN写SART启动传输写STOP结束传输1)主模式发送流程常用的嵌入式系统网络接口2)主模式接收流程开 始设置IICCON从地址写入IICDS写0 xB0到IICSTAT主机发送寻址字节ACK、产生中断要停止？等待停止位起作用清除中断标志清除中断标志从IICDS中读数据写0 x90到IICSTAT结 束YN写SART启动传输写STOP结束传输主机发送数据常用的嵌入式系统网络接口4.6.2 CAN总线接口设计 CAN（Controller Area Network）控制器局域网总线是一种用于实时应用的串行通信协议，可以使用双绞线、同轴电缆或光纤来传输信号。最早由德国的Robert

17、Bosch公司开发，用于汽车中各种不同电子元件之间的通信，以此取代配电线束。比如发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装置和电子主干系统中均嵌入CAN控制装置。CAN协议的特性包括高完整性的串行数据通信、提供实时支持、传输速率高达1Mbps、11位寻址以及检错能力。它是一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。还有低成本和远距离传输（长达10Km）的特点。 22常用的嵌入式系统网络接口 1）CAN总线工作原理主要应用于汽车电控制系统、电梯控制系统、安全监控系统、医疗仪器、纺织机械、船舶运输等方面。 CAN总线使用位串行数据传输，CAN可

18、以1Mb/s的速率在40米双绞线上运行，也可以使用光缆链接，而且在这种总线上总线协议支持多主控器。CAN与I2C总线的许多细节很类似，但也有一些明显的区别。CAN总线每一个节点有它自己的以AND方式连接到总线的驱动器和接收器。CAN总线的信号使用差分电压传颂，两条信号线被称为CAN-H和CAN-L，静态时均是2.5V,此时状态被称为逻辑1，也被称作“隐性”,用CAN_H比CAN_L高表示逻辑0，称为“显性”，此时的电压值23常用的嵌入式系统网络接口 和。总线上的驱动电路当总线上任何节点拉低总线电位时会引起总线被拉到0。当所有节点都传送1时，总线被称作隐性状态，当一个节点传送0时，总线处于显性状

19、态。数据以数据帧的形式在网络上传送。 CAN是一种同步总线。为了总线仲裁能够工作，所有的发送器必须同时发送。节点通过监听总线上位传输的方式使自己与总线保持同步。在总线上发送4类信息帧：数据帧、远程帧、错误指示帧和超载帧。 其中远程帧用于请求数据，数据帧用于发送数据。数据帧的第一位提供了帧中的第一个同步机会。数据帧以一个1开始，以七个0结束。分组中的第一个域包含目标地址，该域被称为仲裁域。24常用的嵌入式系统网络接口1）CAN总线工作原理 目标标识符长度是11位。如果数据帧被用来从标识符指定的设备请求数据时，后面的远程传输请求（RTR）位被设置为0。 当RTR=1时，分组被用来向目标标识符写入数

20、据。控制域提供一个标识符扩展和4位的数据域长度1。数据域的范围是从0到64字节，这取决于控制域中给定的值。数据域后发送一个循环冗余校验（CRC）用于错误检测。确认域被用于发出一个是否帧被正确接收的标识信号：发送端把一个隐性位（1）放到确认域的ACK 插槽中；如果接收端检测到了错误，它强制该位变为显性的0值。如果发送端在ACK插槽中发现了一个0在总线上，它就知道必须重发。ACK插槽后面跟着帧结束符，两者由单位分隔符隔开。25常用的嵌入式系统网络接口一种CAN总线的物理电器组织结构图I=隐性的0=显性的节点节点常用的嵌入式系统网络接口 开始仲裁域控制域数据域CRC域应答域帧结束标识符 远程传输请求

21、位 表示符扩展 值=1数据程度ACK插糟ACK 分隔符值=0 CAN数据贞格式图11111114160 64121672常用的嵌入式系统网络接口2）CAN总线控制器体系结构在MPU与CAN总线之间需要CAN控制器、光电耦合器和CAN驱动器充当信号接口器件。其中，CAN控制器可以内嵌在MPU内部（如LPC2294),也可以单独形式出现（SJA1000是PCA82C200的替代品或者MPC2510)。光电耦合器采用6N317，CAN总线收发器（也称驱动器，PCA82C250）是直接连接到CAN物理总线。其作用是增加通信距离，提高系统的瞬间抗干扰能力。例如S3C2410,S3C44B0等均需外扩CA

22、N控制器（如MPC2510）。28常用的嵌入式系统网络接口 2）CAN总线控制器体系结构协议控制器状态/控制寄存器消息对象接收缓冲区宿主机接口总线接口CAN总线29常用的嵌入式系统网络接口3)CAN总线接口的设计独立CAN控制器如SJA1000或者82C200，支持B，同时支持11位和29位ID，位速率可达1M，具有总线仲裁功能，扩展的接收缓冲器（64字节FIFO），增强的环境温度范围（-40-+125）。采用并行总线接口。MCP2510MicroChip，支持B，同时支持11位和29位ID，位速率可达1M，具有总线仲裁功能。2个接收缓冲区，3个发送缓冲区。采用高速SPI接口。CAN总线收发器

23、82C250，是CAN协议控制器和物理总线之间的接口，该器件对总线提供差动发送能力并对CAN控制器提供差动额接收能力，有很强的抗电磁干扰（EMI）的能力 ，至少可挂110个节点。30常用的嵌入式系统网络接口说明 MPU和SJA1000以总线方式连接，SJA1000的复用总线和ARM的数据总线连接。SJA1000的片选、读写信号均采用ARM总线信号，ALE信号由读写信号和地址信号通过GAL产生。在写SJA1000寄存器时，首先往总线的一个地址写数据，作为地址，读写信号无效，ALE变化产生锁存信号；然后写另外一个地址，读写信号有效，作为数据。上述逻辑完全通过可编程器件来产生。 控制CAN总线时首先

24、初始化各寄存器。发送数据时首先置位命令寄存器，然后写发送缓冲区，最后置位请求发送。接收通过查询状态寄存器，读取接收缓冲区获得信息。 31常用的嵌入式系统网络接口3）CAN高层协议 CAN总线每次可以发送十个字节的信息(CAN2.0A)。发送的第一字节和第二字节的前3位为ID号，第四位为远程帧标记，后四位为有效字节长度，软件设置时可以根据ID号选择是否屏蔽上述信息。也可以通过设置硬件产生自动验收滤波器。 八个有效字节内部代表何种参数，可以自行定义内部标准，也可以参照DeviceNet等应用层协议。32常用的嵌入式系统网络接口例子：工业应用的CAN控制系统常用的嵌入式系统网络接口ARM与CAN连接

25、的电路图34常用的嵌入式系统网络接口4.6.3 嵌入式以太网设计 以太网是广泛用于通用计算的局域网。因为它以其高度灵活，组网相对简单，易于实现和以太网接口，低价格等特点，它已经成为当今最重要的一种局域网建网技术，并被应用于嵌入式技术当中。尤其是在网络不需要满足严格的实时需求时，以太网特别有用。 以太网的物理组成非常简单。该网络是一条具有单信号路径的总线，以太网连接载体标准可以由几种不同的实现方法，比如采用双绞线、同轴电缆或光缆来实现。35常用的嵌入式系统网络接口 1） 嵌入式以太网概述 以太网通常使用专门的网络接口卡或通过系统板上的电路实现，使用收发器与网络媒体进行连接。收发器可以完成多种物理

26、层功能，其中包括对网络碰撞进行检测。收发器可以作为独立的设备通过电缆与终端连接，也可以直接被集成到终端站的网卡当中。 以太网采用广播机制，所有与网络连接的工作站都可以看到网络上传输的数据。通过查看包含帧中的目标地址，确定是否进行接收或放弃。如果证明数据确实是发给自己的，工作站将会接收数据并传递给高层协议进行处理。 36常用的嵌入式系统网络接口 嵌入式以太网概述 与I2C和CAN总线不同，以太网上的节点不是同步的，它可以在任何时间发送数据。I2C和CAN依靠同步机制在一个位的发送时间内实现冲突的检测和取消；但是因为以太网的节点不是同步的，所以如果两个节点同时发送数据，那么报文将会被破坏。 以太网

27、的仲裁机制被称作为带冲突检测的载波监听多路存取，即CSMA/CD。以太网上的任何工作站在发送数据之前，工作站首先需要侦听网络是否空闲，如果网络上没有任何数据传送，就会把要发的信息投放到网络当中。否则，工作站只能等待下一次出现空闲的时候在进行数据的发送。37常用的嵌入式系统网络接口2）嵌入式以太网建网技术 以太网以其高度灵活、相对简单、易于实现的特点，成为当今最重要的一种局域网建网技术。以太网主要有以下四种的局域网技术:10Mbps以太网，采用同轴电缆、双绞线作为网络介质，传输速率达到10Mbps。100Mbps以太网又称为快速以太网，采用同轴电缆、双绞线作为网络介质，传输速率达到100Mbps

28、。1000Mbps以太网又称为千兆以太网，采用光缆等作为网络介质，传输速率达到1000Mbps(1Gbps)。10GMbps以太网又称为10G以太网，采用光缆等作为网络介质，传输速率达到10Gbps。以太网协议一般采用标准。现代的操作系统均能同时支持这种类型的协议格式。38常用的嵌入式系统网络接口3）以太网工作原理 以太网最早是由Xeros公司开发的一种基带局域网技术；使用双绞线、同轴电缆、光纤作为网络介质；以太网采用广播机制；采用载波多路访问和碰撞检测(CSMA/CD)机制；数据传输速率达到10Mbps-10Gbps；以太网通常使用专门的网络接口卡或通过系统主电路板上的电路实现。39常用的嵌

29、入式系统网络接口 以太网工作原理 （1）传输编码曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码40常用的嵌入式系统网络接口 以太网工作原理 曼彻斯特编码的特点是：对应每一数据位的中间位置都有一个跳变，用跳变的相位表示数字，正跳变表示“0”，负跳变表示“1”，也被称为相位跳变。 差分曼彻斯特编码的特点是：在每一位数据位的中间都有一个跳变，但它只用来生成同步时钟信号。这种编码法是用每位开始有无跳变来表示数字，若每位开始有跳变表示数字“0”，若每位开始无跳变表示数字“1”。 41常用的嵌入式系统网络接口（2）以太网协议 常用的嵌入式系统网络接口（2）以太网协议 以太网MAC层物理传输帧 （IEEE802.3 ）PRS

30、DDASATYPEDATAPADFCS56位8位48位48位16位不超过1500字节可选32位PR：同步位，收发双方的时钟同步，也指明传输的速率（10M、100M）。SD：分隔位,表示下面跟着的是真正的数据,而不是同步时钟DA：目的地址,以太网的地址为48位地址。如果为都为F,则是广播地址。43常用的嵌入式系统网络接口（2）以太网协议SA：源地址,48位,表明该帧的数据是哪个网卡发的,发送端卡地址。TYPE：类型字段，表明该帧的数据是什么类型的数据。如：0800H 表示数据为IP包，0806H表示数据为ARP包，814CH是SNMP包，8137H为IPX/SPX包 。DATA：数据段，该段数据

31、不能超过1500字节。PAD：填充位。以太网帧传输的数据包最小不能小于60字节, 当数据段不足46字节时，后面补000000.(当然也可以补其它值)。FCS: 32位CRC数据校验位。该校验由网卡自动完成。44常用的嵌入式系统网络接口（3）以太网的数据传输特点PR,SD,PAD,FCS这几个数据段是由网卡自动产生的；只需要理解DA、SA、TYPE、DATA四个段的内容所有数据位的传输由低位开始(传输的位流使用曼彻斯特编码) 。以太网的冲突退避算法是由硬件自动执行的。DA+SA+TYPE+DATA+PAD最小为60字节,最大1514字节以太网卡可以接收三种地址的数据，一个是广播地位，一个是多播地

32、址(在嵌入式的环境中一般不用)，一个是它自已的地址。任何两个网卡的物理地址都是不一样的，是世界上唯一的，网卡地址由专门机构分配。45常用的嵌入式系统网络接口 4）嵌入式的以太网设计方案嵌入式处理器网卡芯片（RTL8019）对嵌入式处理器没有特殊要求，通用性强处理器和网络数据交换通过外部总线，速度慢，不适合于100M网络带有以太网络控制器接口的嵌入式处理器S3C4510处理器面向网络应用处理器和网络数据交换通过内部总线，速度快。 RTL8019AS作为网卡时需要一片EEPROM作为配置存储器，用来确定通讯的端口地址，中断地址，网卡的物理地址，工作模式，制造厂商等信息。46常用的嵌入式系统网络接口

33、47常用的嵌入式系统网络接口RTL8019的原理框图48常用的嵌入式系统网络接口以太网接口电路常用的嵌入式系统网络接口5）基于RTL8019的以太网设计 （1）RTL8019的初始化。 RTL8019支持即插即用模式和非即插即用模式。在嵌入式系统中，网卡的外设通常是不经常插拔的，所以配置RTL8019为非即插即用模式。这样就有固定的中断地址和端口地址，假设是端口是0 x300，可以通过RTL8019的外部管脚，在系统上电复位的时候，自动配置起来。 RTL8019含有16K字节的RAM，地址为0 x4000-0 x7fff，每256个字节称为一页，共有64页。页的地址就是地址的高8位，页地址为0

34、 x40-0 x7f。这16KB的RAM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。50常用的嵌入式系统网络接口（2）通过RTL8019AS发送数据 作为一个集成的以太网芯片，数据的发送校验，总线数据包的碰撞检测与避免是由芯片自己完成的。我们只需要配置发送数据的物理层地址的源地址、目的地址、数据包类型以及发送的数据就可以了。（3）通过RTL8019AS接收数据 当有一个正确的数据包到达的时候，RTL8019会产生一个中断信号，在ARM中断处理程序中，接收数据。数据的接收比较简单，即通过远端DMA把数据从RTL8019的RAM空间读回ARM中处理。51常用的嵌入式系统网络接口 （4

35、）以太网控制器CS8900 在有些嵌入式系统当中也采用CS8900以太网控制器进行组网。 CS8900的封装采用100pin TQFP形式，内部集成了RAM、10BASE-T收发滤波器。具有低功耗、高集成度的设计和简单的总线接口，并且可以直接和微处理器相连。 CS8900有三种工作模式：I/O模式、存储器模式和直接存储器模式，默认为I/O模式，可以通过程序使其工作于其他模式。52常用的嵌入式系统网络接口（5）嵌入式以太网中主要涉及的协议ARP(Address Resolation Protocol)地址解析协议 ICMP (Internet Control Messages Protocol)

36、网络控制报文协议IP(Internet Protocol) 网际协议TCP(Transfer Control Protocol) 传输控制协议UDP(User Datagram Protocol)用户数据包协议53常用的嵌入式系统网络接口4.6.4 嵌入式Internet 1） 嵌入式internet应用领域 智能公路：包括交通管理、车辆导航、流量控制、信息监测和汽车服务。植物工厂：实现野生名贵药材的远程监控、培养和种植、无土栽培技术应用、智能种子工程等。虚拟现实VR机器人：包括交通警察、门卫、家用机器人等。工业制冷：冷库、中央空调和超级市场冰柜。VR精品店：客户可以实时地查看到存货状况。VR

37、家政系统：水、电、煤气表的自动抄表，安全防火和防盗系统等。 54常用的嵌入式系统网络接口1） 嵌入式internet应用领域 工业自动化：目前已经有大量的8位、16位和32位嵌入式微控制器在实际工作中得到广泛应用，网络化是提高生产效率和产品质量、减少人力资源消耗的主要途径。POS网络及电子商务：公共交通无接触智能卡（Contactless Smartcard，CSC）发行系统、公共 卡发行系统、自动售货机等。 环境工程与自然：水文资料实时监测，防洪体系及水土质量监测，堤坝安全，地震监测网，实时气象信息网，水源和空气污染监测等。55常用的嵌入式系统网络接口2）网际协议 网际协议（IP）Los97

38、,Sta97A是因特网上的最基本的协议。它提供了无连接的、基于分组的通信。基于因特网的嵌入式系统已经在工业自动化中有了良好的应用。 IP不是定义在物理实现上的，它是一种网际互连标准。因特网分组形式能够被其他网络（如以太网）来承载。一般说来，一个因特网分组从原地址到目的地址会经过几种不同的网络。IP允许数据通过这些网络，无损失的从一端用户流动到另一端用户。56常用的嵌入式系统网络接口 网际协议 IP工作在网络层。当节点A发送数据到节点B时，应用的数据通过协议栈到达网际协议。IP创建路由到目的的分组，发送到数据链路层和物理层。 在不同类型的网络之间传输数据的节点叫路由器。路由器的功能必须到达IP层

39、，一般说来，一个分组到达它的目的地址也许要经过几个路由器。在目的地址，IP层给运输层提供数据。当数据经过协议栈时，IP分组数据被以适合于每一层的分组格式封装。57常用的嵌入式系统网络接口 3）MAC物理地址 使用TCP/IP协议来定义主机的32位地址。IP地址由网络地址和主机地址两部分组成，其中网络地址用于路由选择，而主机地址用于在网络或子网内部寻找一个单独的主机。一个IP地址可以使来自源地址的数据通过路由传送到目的地址上。 对于通信设备上的MAC地址，由于我们不直接与它接触，可能会感到陌生。MAC地址也叫物理地址、硬件地址或链路地址，由网络制造商生产时写在硬件内部。这个地址与网络无关，无论将

40、带有这个地址的硬件（如网卡、集线器、路由器等）接入到网络的何处，它都有相同的 MAC地址，MAC地址一般不可改变，不能由用户自己设定。 58常用的嵌入式系统网络接口 MAC物理地址 MAC的地址是48位，通常表示为12个16进制数，如08：00：20：0A:8C:6D就是一个MAC地址，其中前6位代表网络硬件制造商的编号，而后边的代表网络产品的制造号。 IP地址的分配是跟据网络的拓扑结构，其值是可根据需要可变的，但也是唯一的，它不是根据谁制造了这个设备而定义的。而MAC是不可变的。59常用的嵌入式系统网络接口 （1） 直接接入internet设备可以直接连接到Internet上，对Intern

41、et进行透明的访问。不需要专用的接入设备。设备的协议标准化，便于实现。需要的嵌入式处理器的资源比较高，如更快的处理器，更大的存储器容量，导致系统的成本高。需要IP地址资源，目前Internet的IPV4的IP资源有限，因此这种方案在IPV6版本中可能比较现实。 （2） 通过网关接入internet go to next4）连接二种方式60常用的嵌入式系统网络接口4.6.5 无线通信接口 无线通信避免了设备必须有物理连接才能通信的要求。无线通信中使用的物理层一般是红外线（IR）通道或射频（RF）通道。 红外通信是一种利用红外线进行数据传输的， 使用低于可见光的电磁波频率，人眼无法检测到。这种波可

42、以用红外线发光管产生，而用红外线光电管来检测。这种技术主要针对一些短距离、无阻隔、视距内的通信场合。使用红外线通信的优点是，设备结构简单，信息容量大，保密性好。其缺点是在发送器和接收器之间必须有成一条直线的光线，这使其通信范围受到很大的限制。61常用的嵌入式系统网络接口 1、无线通信接口 射频（RF）使用无线广播频带的电磁波频率，发送器需要使用模拟电路和天线来发送数据。同样地，接收器需要天线和模拟电路来接收数据。使用RF的优点是不需要视距（line of sight）连接，可以有更长的通信距离。当然，通信范围取决于发送器的发射功率。例如Wi-Fi、蓝牙、ZigBee、GSM、GPRS、CDMA

43、等均为无线接入技术。 62常用的嵌入式系统网络接口标准简介 1999年9月，标准的推出标志着无线时代的开始。无线局域网的带宽最高可达11Mbps，也可根据实际情况采用、2Mbps和1Mbps带宽。 使用的是开放的频段，不需要申请就可以使用。既可以作为有线网的补充，也可独立组网，从而使网络用户摆脱网线的束缚，实现真正意义上的移动应用。无线局域网引入了多用户冲突避免技术，可以大幅度提高网络效率。 63常用的嵌入式系统网络接口标准简介运作模式基本有如下两种： 点对点模式是指无线网卡和无线网卡之间的通信。只要在PC机插上无线网卡即可与另一具有无线网卡的设备连接，最多可连接256台。 基本模式是指无线网

44、络规模扩充或有线网络并存时的通信方式，也是最常用的方式。但需要在网络中添加一个负责频段管理及漫游管理及指挥工作的接入点设备。64常用的嵌入式系统网络接口2. 蓝牙技术 蓝牙协议是一个新的无线连接全球标准，建立在低成本、短距离的无线射频连接上。蓝牙协议所使用的频带是全球通用的。如果配备蓝牙协议的两个设备之间的距离在10m以内，则可以建立连接。由于蓝牙协议使用基于无线射频的连接，不需要视距连接就能通信。例如，掌上电脑（laptop）可以向隔壁房间的打印机发送数据，微波炉也可以向无绳 发送一个信息，告诉用户饭已准备好。将来，蓝牙协议可能成为数以万计的移动 、PC机、掌上电脑以及其他很多电子设备的通信

45、标准。65常用的嵌入式系统网络接口1）主要的特点。（1） 适用设备多。可以使众多电信和计算机设备无需电缆就能联网。例如，如果把蓝牙技术引入到移动 和膝上型电脑中，就可以去掉连接电缆而通过无线使其建立通信。打印机、PDA、桌上型电脑、 机、键盘、游戏操作杆以及所有其它的数字设备都可以成为蓝牙系统的一部分。（2）工作频段全球通用。蓝牙技术以无线局域网的标准技术为基础，工作在2.4GHz ISM(Industory science medicine)频段，该频段用户不必经过允许，在世界范围内都可以自由使用，这就消除了国界的障碍。而在蜂窝式移动 领域，这个障碍已经困扰用户多年。 66常用的嵌入式系统网

46、络接口（3）使用方便 蓝牙技术规范中采用了一种Plonk and play的概念，它有点类似即插即用。这样，用户不必再学习如何安装和设置，凡是嵌入蓝牙技术的设备一旦搜寻到另一个蓝牙设备，马上就可以建立联系，利用相关的控制软件，无需用户干预即可传输数据。 （4）安全加密、抗干扰能力强。 ISM频带是对所有无线电系统都开放的频带，因此使用其中的某个频带都会遇到不可预测的干扰源，例如某些家电、无绳 、汽车房开门器、微波炉等。为了避免干扰，蓝牙技术特别设计了快速确认和跳频方案，每隔一段时间就从一个频率跳到另一个频率，不断搜寻干扰比较小的信道。在无线电环境非常嘈杂的情况下，蓝牙技术的优势极为明显。67常

47、用的嵌入式系统网络接口（5）兼容性好 由于蓝牙技术独立于操作系统，所以，在各种操作系统中均有良好的兼容特性。蓝牙技术对各个商用操作系统的内嵌式支持正在发展之中。 （6）尺寸小、功耗低。 所有的技术和软件集成于9mm*9mm的微芯片，从而可以集成到各种设备中，如蜂窝 、传呼机、笔记本电脑、PDA、PC，甚至各种家用电器中；与集成的设备相比可忽略功耗和成本。68常用的嵌入式系统网络接口（7）多路方向链接 蓝牙无线收发器的连接距离可达10M，不限制在直线范围内，甚至设备不在同一房间内也能相互连接，而且可以连接多个设备，最多可达7个，这就可以把用户身边的设备都连接起来，形成一个个人领域的网络。69常用

48、的嵌入式系统网络接口2）产品 （1）蓝牙芯片:蓝牙芯片是蓝牙系统的关键技术。 （2）蓝牙耳机（3）内置蓝牙芯片的GPRS手机 （4）笔记本电脑 （5）无线操作的便携硬盘 （6）个人电脑附件70常用的嵌入式系统网络接口3. GPS终端系统简介 GPS（Global Position System）利用卫星进行地面目标的定位，通过GPS人们可以了解所在位置的详细坐标信息。卫星不断的向地面发送定位数据，数据量很大。地面的GPS接收机接收定位数据进行处理，得到所在位置的信息。接收机的性能越好，处理速度越快，得到的结果越精确，实时性越好。 在GPS发展的初期，嵌入式处理器的能力有限，因此接收机的性能不好

49、，当然可以使用高性能的处理器，但是功耗较大，成本高，不适合移动应用。 车载GPS终端是置于机动车内的实时定位装置，它的应用对象是需要定位、调度的车队。车辆可以通过终端和GPS卫星进行实时、准确的定位，并能够通过无线通讯网络上报远程的车辆控制中心系统。利用系统中的GPS模块，可以实时地获取移动终端的地理位置信息。71常用的嵌入式系统网络接口 1）车载GPS终端系统简介 GPS模块与系统的串行口1连接，每秒钟向监控器发送信息。信息采用美国的NMEA0183 ASCII码协议，该协议为NAEA 0183 20版，内容包括终端的经纬度、速度以及当前星历等信息，信息是ASCII码，每秒钟向监控器发送字符

50、串。由于系统的串行口扫描程序不停地扫描串口，所以当串行口1每次接收到一个字符，都会调用GPS数据处理程序。72常用的嵌入式系统网络接口73常用的嵌入式系统网络接口 2）GPS接收机 GPS技术的研究人员都在研究如何利用GPS接收机在高动态环境下进行精确定位，同时降低接收机的成本。但是直到现在，许多民用GPS接收机的实时动态性能和定位精度还是不高。原因-处理器的性能不高。高性能的处理器成本较高采用ARM处理器如下图所示。74常用的嵌入式系统网络接口GPS接收机-方框图LNA常用的嵌入式系统网络接口GPS接收机-原理框图常用的嵌入式系统网络接口4. ZIGBEE嵌入式无线通信模块 1） 功能简介嵌

51、入式无线通信模块集成了符合ZIGBEE协议标准的射频收发器和微处理器，它具有通讯距离远、抗干扰能力强、组网灵活、性能可靠稳定等优点和特性；可实现点对点、一点对多点、多点对多点之间的设备间数据的透明传输；可组成星型、树型和蜂窝型网状网络结构。数据接口包括：TTL电平收发接口、标准串口RS232数据接口，可以实现数据的广播方式发送、按照目标地址发送模式，除可实现一般的点对点数据通信功能外，还可实现多点之间的数据通讯，串口通信使用方法简单便利，可以大大简短模块的嵌入匹配时间进程。177常用的嵌入式系统网络接口 SZ05系列无线通信模块分为中心协调器、路由器和终端节点。这三类设备具备不同的网络功能，中心协调器是网络的中心节点，负责网络的发起组织、网络维护和管理功能；路由器负责数据的路由中继转发，终端节点只进行本节点数据的发送和接收。中心协调器、路由器和终端节点这三种类型的设备在硬件结构上完全一致，只是设备嵌入软件不同，只需通过跳线设置或软件配置即可实现不同的设备功能。178常用的嵌入式系统网络接口 SZ05系列无线通信模块分为中心协调器、路由器和终端节点，这三类设备具备不同的网络功能，中心协调器是网络的中心节点，负责网络的发起组织、网络维护和管理功能；路由器负责数据的路由中继转发，终端节点只进行本节点数据的发送和接收。中心协调器、路由器和终端节点这三种类型的设备在硬件结构上完全一致，