4.6 常用的嵌入式系统网络接口
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4.6 常用的嵌入式系统网络接口. 许多不同的网络多年来在分布式嵌入式系统中被广泛应用。一些系统总线可向它原来应用在多计算机系统中一样被应用在嵌入式网络系统中。现在介绍几种常用的嵌入式网络接口，包括 I 2 C 总线、 CAN 总线、用在局域网中的以太网和因特网方面相关的知识。. 4.6.1 I 2 C 总线接口设计. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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4.6 4.6 常用的嵌入式系统网络接口常用的嵌入式系统网络接口 许多不同的网络多年来在分布式嵌入式系许多不同的网络多年来在分布式嵌入式系统中被广泛应用。一些系统总线可向它原来应统中被广泛应用。一些系统总线可向它原来应用在多计算机系统中一样被应用在嵌入式网络用在多计算机系统中一样被应用在嵌入式网络系统中。现在介绍几种常用的嵌入式网络接口，系统中。现在介绍几种常用的嵌入式网络接口，包括包括 II22CC 总线、总线、 CANCAN 总线、用在局域网中的以总线、用在局域网中的以太网和因特网方面相关的知识。太网和因特网方面相关的知识。
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4.6.1 I4.6.1 I22CC 总线接口设计总线接口设计 II22CC 总线总线 (( 内部集成电路总线）是飞利浦公司开发内部集成电路总线）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。同步串行总线。 II22CC 总线多应用消费电子、通信和工控总线多应用消费电子、通信和工控领域，是一个串行的领域，是一个串行的 88 位双向数据传送总线。常将其用位双向数据传送总线。常将其用于连接串行存储器和于连接串行存储器和 LCDLCD 控制器，也可以作为控制器，也可以作为 MPEG-2MPEG-2视频片的命令接口。 视频片的命令接口。
使用使用 II22CC 总线接口有总线接口有 44 种操作模式：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。 主传送模式、主接收模式、从传送模式、从接收模式。 II22CC 总线的总线的 2.12.1 版本使用的电源电压是版本使用的电源电压是 2V,2V, 传输速率传输速率是是 0-3.4Mb/s0-3.4Mb/s 。它只使用。它只使用 33 条线，其中串行数据线（条线，其中串行数据线（ SDSDLL ）用于数据传送；串行时钟线（）用于数据传送；串行时钟线（ SCLSCL ）用于指示什么）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。 时候数据线上是有效数据；还有一条公共地线。
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II22CC 总线接口设计总线接口设计 工作于全双工通信形式。工作于全双工通信形式。 II22CC 规范并未限制总线规范并未限制总线导线的长度，只要总线的总电容保持在导线的长度，只要总线的总电容保持在 400Pf400Pf 以下即以下即可。可。
每个每个 II22CC 接口的设备都有一个唯一的接口的设备都有一个唯一的 77 位地址（扩位地址（扩展方式为展方式为 1010 位），便于主控器寻访。正常情况下，位），便于主控器寻访。正常情况下， II22
CC 总线上的所有从执行设备被设置为高阻状态，而主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。可以作为发送器和接收器。
网络中的每一个网络中的每一个 II22CC 接口设备都使用开放集电极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开放漏极电路，并被连接到串行时钟信号 SCLSCL 和串行和串行数据数据 SDASDA 这两个专用线上。其工作原理如下：这两个专用线上。其工作原理如下：
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
SDASCL
Pclk
片内数据总线
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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。如下图所示。
IIC 1 IIC 2 IIC n……
SCL
SDA
主 IIC
+Vcc
上拉电阻
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。
SDA
SCL
起始信号 结束信号
数据位信号数据位
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。
SDA
SCL
起始信号 结束信号
数据位信号数据位
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。
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
DA3 DA2 DA1 DA0 A2 A1 A0 R/ W
（ 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 传输数据 …… A P
S 从 IIC 地址 W A 数据 1 A 数据 2 A …… 数据 n A/A P
S 从 IIC 地址 R A 数据 1 A 数据 2 A …… 数据 n A P
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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 P
S 从 IIC 地址 R A 数据 1 A 数据 2 A … A rS 从地址 W A
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（ 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。
通信格式示意图通信格式示意图
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4 、 IIC 专用寄存器
S3C2410 有 4 个专用寄存器
Register Address R/W Description Reset Value
IICCON 0x54000000 R/W IIC 总线控制寄存器 0x0X
IICSTAT 0x54000004 R/W IIC 总线控制 / 状态寄存器 0x0
IICADD 0x54000008 R/W IIC 总线地址寄存器 0xXX
IICDS 0x5400000C R/W IIC 数据发送 / 接收寄存器 0xXX
1 ） IIC 控制寄存器（ IICCON ）
字段名 位 意 义 初值
Acknowledge
generation7
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 00
Tx clock source
selection6
发送时钟分频选择。 0 ： IICCLK = f PCLK /16 ； 1 ： IICCLK = f PCLK /512
0
Tx/Rx Interrupt 5 收发中断控制位。 0 ：禁止； 1 ：允许 0
Interrupt
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 0
Transmit
clock value3:0
发送时钟预分频值。 Tx clock = IICCLK/(IICCON[3:0]+1)
0
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1 ） IIC 控制寄存器（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 。
2 ） IIC 控制状态寄存器（ IICSTAT ）字段名 位 意 义 初值
Mode selection 7:6 工作模式选择。 00 ：从收； 01 ：从发 10 ：主收； 11 ：主发
00
Busy / START
STOP 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 0
Serial output 4 数据发送控制。 0 ：禁止； 1 ：允许发送 0
Arbitration
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）
0
Address-as-slave
status flag2
从地址匹配状态。 0 ：与 IICADD 不匹配 1 ：匹配。在收到 SART/STOP 时清 0
0
Address zero
status 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 0
0
Last-received bit
status flag0
最后收到位状态。 0 ：最后位为 0 ，收到 ACK ； 1 ：最后位为 1 ，未收到 ACK 。
0
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2 ） IIC 控制状态寄存器（续）
字段名 位 意 义 初值
Mode selection 7:6 工作模式选择。 00 ：从收； 01 ：从发 10 ：主收； 11 ：主发
00
Busy / START
STOP 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 0
Serial output 4 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： 0xF0 ；结束主设备发送： 0xD0
启动主设备接收： 0xB0 ；结束主设备接收： 0x90
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3 、 IIC 地址寄存器（ IICADD ）Register Address R/W Description Reset Value
IICADD 0x54000008 R/W 地址寄存器 0xXX
字段名 位 意 义 初值
Slave address 7:1 7 位从地址。 0xXX
Not mapped 0 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 IICSTA
T[4] =0 ）才能对其写；任何时间都可以读。
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4 、 IIC 数据发送 / 接收寄存器（ IICDS ）
Register Address R/W Description Reset Value
IICADD 0x5400000C R/W 数据发送 / 接收移位寄存器 0xXX
字段名 位 意 义 初值
Data shift 7:0 8 位移位接收或移位发送的数据 0xXX
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 IICSTAT[4] =1才能对其写。
55 、、 IICIIC 操作方法操作方法开 始
设置 IICCON
从地址写入 IICDS
写 0xF0 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 0xD0 到 IICSTAT
结 束
Y
N
写 SART启动传输
写 STOP结束传输
1)
主模式发送流程
2)
主模式接收流程
开 始
设置 IICCON
从地址写入 IICDS
写 0xB0 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 0x90 到 IICSTAT
结 束
Y
N
写 SART启动传输
写 STOP结束传输
主机发送数据
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4.6.2 CAN4.6.2 CAN 总线接口设计总线接口设计 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 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。
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11 ）） CANCAN 总线工作原理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
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CAN_H=3.5VCAN_H=3.5V 和和 CAN_L=1.5VCAN_L=1.5V 。总线上的驱动电路当总线。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上任何节点拉低总线电位时会引起总线被拉到 00 。当所。当所有节点都传送有节点都传送 11 时，总线被称作隐性状态，当一个节点时，总线被称作隐性状态，当一个节点传送传送 00 时，总线处于显性状态。数据以数据帧的形式在时，总线处于显性状态。数据以数据帧的形式在网络上传送。网络上传送。
CANCAN 是一种同步总线。为了总线仲裁能够工作，所是一种同步总线。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。在总线上发送的方式使自己与总线保持同步。在总线上发送 44 类信息类信息帧：数据帧、远程帧、错误指示帧和超载帧。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。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。数据帧以一个以一个 11 开始，以七个开始，以七个 00 结束。分组中的第一个域包含结束。分组中的第一个域包含目标地址，该域被称为仲裁域。目标地址，该域被称为仲裁域。
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11 ）） CANCAN 总线工作原理总线工作原理 目标标识符长度是目标标识符长度是 1111 位。位。如果数据帧被用来从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标识符指定的设备请求数据时，后面的远程传输请求（（ RTRRTR）位被设置为）位被设置为 00 。。
当当 RTR=1RTR=1 时，分组被用来向目标标识符写入数据。时，分组被用来向目标标识符写入数据。控制域提供一个标识符扩展和控制域提供一个标识符扩展和 44 位的数据域长度位的数据域长度 11 。。数据域的范围是从数据域的范围是从 00 到到 6464 字节，这取决于控制域中给字节，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（定的值。数据域后发送一个循环冗余校验（ CRCCRC ）用）用于错误检测。确认域被用于发出一个是否帧被正确接于错误检测。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（收的标识信号：发送端把一个隐性位（ 11 ）放到确认）放到确认域的域的 ACK ACK 插槽中；如果接收端检测到了错误，它强制插槽中；如果接收端检测到了错误，它强制该位变为显性的该位变为显性的 00 值。如果发送端在值。如果发送端在 ACKACK 插槽中发现插槽中发现了一个了一个 00 在总线上，它就知道必须重发。在总线上，它就知道必须重发。 ACKACK 插槽后插槽后面跟着帧结束符，两者由单位分隔符隔开。面跟着帧结束符，两者由单位分隔符隔开。
一种一种 CANCAN 总线的物理电器组织结构图总线的物理电器组织结构图I= 隐性的
0= 显性的
节点 节点
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
1 111 1 11 4
1 6 0~ 6412 16 72
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22 ）） CANCAN 总线控制器体系结构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 CAN 控制器（如 MPC2510 ）。
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22 ）） CANCAN 总线控制器体系结构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
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3)CAN3)CAN 总线接口的设计总线接口的设计独立 CAN 控制器如 SJA1000或者 82C200 ，支持 CAN2.0A／ 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。MCP2510——MicroChip，支持 CAN2.0A／ 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 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。
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说明说明 MPUMPU和和 SJA1000SJA1000 以总线方式连接，以总线方式连接， SJA1000SJA1000 的的复用总线和复用总线和 ARMARM 的数据总线连接。的数据总线连接。 SJA1000SJA1000 的片选、的片选、读写信号均采用读写信号均采用 ARMARM 总线信号，总线信号， ALEALE 信号由读写信信号由读写信号和地址信号通过号和地址信号通过 GALGAL产生。在写产生。在写 SJA1000SJA1000 寄存器寄存器时，首先往总线的一个地址写数据，作为地址，读时，首先往总线的一个地址写数据，作为地址，读写信号无效，写信号无效， ALEALE变化产生锁存信号；然后写另外变化产生锁存信号；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。全通过可编程器件来产生。
控制控制 CANCAN 总线时首先初始化各寄存器。发送数总线时首先初始化各寄存器。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。 接收缓冲区获得信息。
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33 ）） CANCAN 高层协议高层协议
CANCAN 总线每次可以发送十个字节的信息总线每次可以发送十个字节的信息 (CAN2.(CAN2.0A)0A)。发送的第一字节和第二字节的前。发送的第一字节和第二字节的前 33 位为位为 IDID 号，号，第四位为远程帧标记，后四位为有效字节长度，软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件设置时可以根据 IDID 号选择是否屏蔽上述信息。也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。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，也可以参照定义内部标准，也可以参照 DeviceNetDeviceNet等应用层协等应用层协议。议。
例子：工业应用的例子：工业应用的 CANCAN 控制系统控制系统
34
ARMARM与与 CANCAN 连接的电路图连接的电路图
1 2 3 4 5 6
A
B
C
D
654321
D
C
B
A
Title
Number RevisionSize
B
Date: 2-Nov-2002 Sheet of File: F:\WORK\public\Can\CanForArm\CraftsForCan\ArmCan.ddbDrawn By:
AD023
AD124
AD225
AD326
AD427
AD528
AD61
AD72
CS4
ALE3
RD5
WR6
INT16
CLKOUT7
RST17
TX0 13
TX1 14
RX0 19
RX1 20
MODE 11
VDD1 22
VSS1 8
VDD2 18
VSS2 21
VDD3 12
VSS4 15
XTAL1 9
XTAL2 10
U2
SJA1000
TXD1
GND 2
VCC 3
RXD4
Vref5 CANL 6CANH 7Rs8
U5
PCA82C250VCC
AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7
Y116MHz
C2
15pFC3
15pF
CANCSCANALECANRDCANWRCANINT
R24.7K
VCC
C11uF
R150K
VCC
CANRST
R31K
VCC
CANHCANL
R4
120
I/CLK1
I12
I23
I34
I45
I56
I67
I78
I89
I910
I1011 I/O10 14
I/O1 23
I1113 GND 12
I/O9 15I/O8 16I/O7 17I/O6 18I/O5 19I/O4 20I/O3 21I/O2 22
VCC 24U1
GAL22V10
VCC
CSWRRD
B6
CANCSCANALE
CANRDCANWR
CANINT
INT
B7
12
J4
RS
I/CLK1
I12
I23
I34
I45
I56
I67
I78
I89
I910
I1011 I/O10 14
I/O1 23
I1113 GND 12
I/O9 15I/O8 16I/O7 17I/O6 18I/O5 19I/O4 20I/O3 21I/O2 22
VCC 24U3
GAL22V10
R11 R12 R13 R14
VCCCANVCCGNDCANGND
1234
J2
CANHCANL
CANVCC
CANGND
123456789101112
J1
VCC
1
23
J3
POWERJACK
D1ZENER
GND
NC 1A0 2
A2 4
A1 3
A3 5A4 6A5 7A6 8A7 9GND 10B771
B672
B573
B474
B375
B276
B177
B078
OE179
VCC80
NC 11A8 12
A10 14
A9 13
A11 15A12 16A13 17A14 18A15 19GND 20B1561
B1462
B1363
B1264
B1165
B1066
B967
B868
OE269
VCC70
NC 21A16 22
A18 24
A17 23
A19 25A20 26A21 27A22 28A23 29GND 30B2351
B2252
B2153
B2054
B1955
B1856
B1757
B1658
OE359
VCC60
NC 31A24 32
A26 34
A25 33
A27 35A28 36A29 37A30 38A31 39GND 40B3141
B3042
B2943
B2844
B2745
B2646
B2547
B2448
OE449
VCC50
U6
QS34X245
AD0AD1AD2AD3
VCCOE
AD4AD5AD6AD7
VCCOE
RDWRINTCS
D0D1D2D3D4D5D6D7
GNDnOEnWEEXINT2nGCS3
A16A17
GND
IICSCLIICSDA
IISLRCKIISCLK
GPE3
SIOTXDSIORDY/GPF6
SIORXDSIOCLK
VCC VDD33
GPB4
GPB5
12345678910111213141516
J1A
EXPORT3
D0
D1D2
D3D4
D5D6
D7
D8D9D10D11D12D13D14D15
nOE
nWE
VCC
EXINT1DREQ0
RESET
nRESET
nDREQ0
A1A2A3
nGCS4
A4
nGCS5
A5A6
nWBE0
A7
nWBE1
A9A10A11
A14
A0
A15
A8
A16
EXINT2
EXINT3
A17
123456789101112131415161718192021222324252627282930
J2A
EXPORT1
A18
nGCS3
IICSCLIICSDA
IISLRCKIISDOIISDIIISCLKGPE3
SIOTXDSIORDY/GPF6
SIORXDSIOCLK
A12A13
VCC
VDD33
GPB4GPB5
12345678910111213141516
J1B
EXPORT3
123456789101112131415161718192021222324252627282930
J3B
EXPORT2
D8D9
D10D11
AIN0
D12
AIN1
D13
AIN2
D14
AIN3
D15
AIN4AIN5AIN6AIN7
A1
A2A3
A4A5
A6A7
A9
A10A11
A0
A8
A12A13
123456789101112131415161718192021222324252627282930
J3A
EXPORT2
AIN0AIN1
AIN2AIN3
AIN4AIN5
AIN6AIN7
D0D1D2D3D4D5D6D7
nOEnWE
VCC
EXINT1
nRESET
nDREQ0
nGCS4nGCS5
nWBE0nWBE1
A14A15A16
EXINT2EXINT3
A17
123456789101112131415161718192021222324252627282930
J2B
EXPORT1
A18nGCS3
C422uF
VCC
GND
C11104
C12104
C13104
C14104
C15104
C16104
C17104
C18104
VCC
GND
VDD33 RESETVDD33
DREQ0
IISDO
IISDI
B5
RS
nRESETRESETA4A5A6A7
B16B17
GNDnRESET1RESET1B4B5B6B7A14
A15
IISDI
IISDO
IO1IO2
RESET1nRESET1
OEVCC
IO2
IO1
B14B15
VCCOEGNDOE
1234
J5
BACK0ABACK1ABACK2ABACK3ABACK4ABACK5ABACK6ABACK7AOEVCC
GNDBACK0BBACK1BBACK2BBACK3BBACK4BBACK5BBACK6BBACK7B
12345678910
J6
CON10
12345678910111213141516
J7
CON16
BACK0ABACK1ABACK2ABACK3ABACK4ABACK5ABACK6ABACK7A
BACK0BBACK1BBACK2BBACK3BBACK4BBACK5BBACK6BBACK7B
A4A14A15A16A17
35
4.6.3 4.6.3 嵌入式以太网设计嵌入式以太网设计
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。
36
11 ） 嵌入式以太网概述） 嵌入式以太网概述 以太网以太网通常使用专门的网络接口卡或通过系统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层功能，其中包括对网络收发器可以完成多种物理层功能，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缆与终端连接，也可以直接被集成到终端站的网卡当中。当中。
以太网采用广播机制，所有与网络连接的工作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。 传递给高层协议进行处理。
收发器
同轴电缆
收发器电缆 计算机
网络接口板或网卡
图 10-2 以太网中的几个重要部件
收发器
同轴电缆
收发器电缆 计算机
网络接口板或网卡
图 10-2 以太网中的几个重要部件
38
嵌入式以太网概述嵌入式以太网概述
与与 II22CC 和和 CANCAN 总线不同，总线不同，以太网上的节点不是以太网上的节点不是同步的，它可以在任何时间发送数据。同步的，它可以在任何时间发送数据。 II22CC 和和 CANCAN依靠同步机制在一个位的发送时间内实现冲突的检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，那么报文将会被破以如果两个节点同时发送数据，那么报文将会被破坏。坏。
以太网的仲裁机制被称作为带冲突检测的载波以太网的仲裁机制被称作为带冲突检测的载波监听多路存取，即监听多路存取，即 CSMA/CDCSMA/CD 。。以太网上的任何工作以太网上的任何工作站在发送数据之前，工作站站在发送数据之前，工作站首先需要侦听网络是否首先需要侦听网络是否空闲，空闲，如果网络上没有任何数据传送，就会把要发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。一次出现空闲的时候在进行数据的发送。
39
22 ）嵌入式以太网建网技术）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种的局域网技术 ::
10Mbps10Mbps 以太网，采用同轴电缆、双绞线作为网络介质，传输以太网，采用同轴电缆、双绞线作为网络介质，传输速率达到速率达到 10Mbps10Mbps 。。
100Mbps100Mbps 以太网又称为快速以太网，采用同轴电缆、双绞线作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，传输速率达到为网络介质，传输速率达到 100Mbps100Mbps 。。
1000Mbps1000Mbps 以太网又称为千兆以太网，采用光缆等作为网络介以太网又称为千兆以太网，采用光缆等作为网络介质，传输速率达到质，传输速率达到 1000Mbps(1Gbps)1000Mbps(1Gbps)。。
10GMbps10GMbps 以太网又称为以太网又称为 10G10G 以太网，采用光缆等作为网络介质，以太网，采用光缆等作为网络介质，传输速率达到传输速率达到 10Gbps10Gbps 。以太网协议一般采用。以太网协议一般采用 IEEE802.3IEEE802.3 标准。标准。现代的操作系统均能同时支持这种类型的协议格式。现代的操作系统均能同时支持这种类型的协议格式。
40
33 ）以太网工作原理）以太网工作原理
以太网最早是由以太网最早是由 XerosXeros 公司开发的一种基带局域网公司开发的一种基带局域网技术；技术；
使用双绞线、同轴电缆、光纤作为网络介质；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；以太网采用广播机制；采用载波多路访问和碰撞检测采用载波多路访问和碰撞检测 (CSMA/CD)(CSMA/CD)机制；机制；数据传输速率达到数据传输速率达到 10Mbps-10Gbps10Mbps-10Gbps ；；以太网／以太网／ IEEE 802.3IEEE 802.3 通常使用专门的网络接口卡或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。通过系统主电路板上的电路实现。
41
以太网工作原理 以太网工作原理 （（ 11 ）传输编码）传输编码曼彻斯特编码曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码
42
以太网工作原理 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，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“正跳变表示“ 0”0”，负跳变表示“，负跳变表示“ 1”1”，也被称，也被称为相位跳变。为相位跳变。
差分曼彻斯特编码的特点是：在每一位数据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“示数字，若每位开始有跳变表示数字“ 0”0”，若，若每位开始无跳变表示数字“每位开始无跳变表示数字“ 1”1”。 。
（（ 22 ）以太网协议 ）以太网协议
44
（（ 22 ）以太网协议）以太网协议
以太网以太网 MACMAC层物理传输帧 （层物理传输帧 （ IEEE802.3 IEEE802.3 ））
PR SD DA SA TYPE DATA PAD FCS
56 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。
45
（（ 22 ）以太网协议）以太网协议
SASA ：源地址：源地址 ,48,48 位位 ,, 表明该帧的数据是哪个网卡发的表明该帧的数据是哪个网卡发的 ,,发送端卡地址。发送端卡地址。TYPETYPE ：类型字段，表明该帧的数据是什么类型的数据。：类型字段，表明该帧的数据是什么类型的数据。如：如： 0800H 0800H 表示数据为表示数据为 IPIP 包，包， 0806H0806H表示数据为表示数据为 AARPRP 包，包， 814CH814CH是是 SNMPSNMP 包，包， 8137H8137H为为 IPX/SPXIPX/SPX包 。包 。
DATADATA ：数据段，该段数据不能超过：数据段，该段数据不能超过 15001500字节。字节。PADPAD ：填充位。以太网帧传输的数据包最小不能小于：填充位。以太网帧传输的数据包最小不能小于 6600字节字节 , , 当数据段不足当数据段不足 4646字节时，后面补字节时，后面补 00000000000...(0...( 当然也可以补其它值当然也可以补其它值 ))。。FCS: 32FCS: 32 位位 CRCCRC 数据校验位。该校验由网卡自动完成。数据校验位。该校验由网卡自动完成。
46
（（ 33 ）以太网的数据传输特点）以太网的数据传输特点
PR,SD,PAD,FCSPR,SD,PAD,FCS 这几个数据段是由网卡自动产生的；只需要这几个数据段是由网卡自动产生的；只需要理解理解 DADA 、、 SASA 、、 TYPETYPE 、、 DATADATA四个段的内容四个段的内容
所有数据位的传输由低位开始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传输的位流使用曼彻斯特编码码 ) ) 。。
以太网的冲突退避算法是由硬件自动执行的。以太网的冲突退避算法是由硬件自动执行的。 DA+SA+TYPE+DATA+PADDA+SA+TYPE+DATA+PAD最小为最小为 6060字节字节 ,,最大最大 15141514字节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
是多播地址是多播地址 (( 在嵌入式的环境中一般不用在嵌入式的环境中一般不用 ))，一个是它自已，一个是它自已的地址。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，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。网卡地址由专门机构分配。
47
44 ）嵌入式的以太网设计方案）嵌入式的以太网设计方案嵌入式处理器＋网卡芯片（嵌入式处理器＋网卡芯片（ RTL8019RTL8019））
对嵌入式处理器没有特殊要求，通用性强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，不适合于处理器和网络数据交换通过外部总线，速度慢，不适合于100M100M 网络网络
带有以太网络控制器接口的嵌入式处理器带有以太网络控制器接口的嵌入式处理器 S3C4510S3C4510处理器面向网络应用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。处理器和网络数据交换通过内部总线，速度快。
RTL8019ASRTL8019AS 作为网卡时需要一片作为网卡时需要一片 EEPROMEEPROM 作为配置作为配置存储器，用来确定通讯的端口地址，中断地址，网存储器，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。卡的物理地址，工作模式，制造厂商等信息。
48
49
RTL8019RTL8019的原理框图的原理框图
嵌入式处理器S3C44BOX（ ）
10M以太网芯片RTL8019（ ）
网卡隔离变压器 RJ 45接口
以太网接口电路以太网接口电路
51
55 ）基于）基于 RTL8019RTL8019 的以太网设计的以太网设计 （（ 11 ）） RTL8019RTL8019的初始化。的初始化。 RTL8019RTL8019 支持即插即用模式和非即插即用模式。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，在嵌入式系统中，网卡的外设通常是不经常插拔的，所以配置所以配置 RTL8019RTL8019为非即插即用模式。这样就有固为非即插即用模式。这样就有固定的中断地址和端口地址，假设是端口是定的中断地址和端口地址，假设是端口是 0x3000x300 ，可，可以通过以通过 RTL8019RTL8019的外部管脚，在系统上电复位的时的外部管脚，在系统上电复位的时候，自动配置起来。候，自动配置起来。
RTL8019RTL8019 含有含有 16K16K 字节的字节的 RAMRAM ，地址为，地址为 0x4000-00x4000-0x7fffx7fff ，每，每 256256 个字节称为一页，共有个字节称为一页，共有 6464页。页的页。页的地址就是地址的高地址就是地址的高 88 位，页地址为位，页地址为 0x40--0x7f0x40--0x7f 。这。这16KB16KB的的 RAMRAM 一部分用来存放接收的数据包，一部分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。用来存储待发送的数据包。
52
（（ 22 ）通过）通过 RTL8019ASRTL8019AS 发送数据发送数据 作为一个集成的以太网芯片，数据的发送校验，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。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。的地址、数据包类型以及发送的数据就可以了。
（（ 33 ）通过）通过 RTL8019ASRTL8019AS 接收数据接收数据 当有一个正确的数据包到达的时候，当有一个正确的数据包到达的时候， RTL8019RTL8019 会会产生一个中断信号，在产生一个中断信号，在 ARMARM 中断处理程序中，接收数中断处理程序中，接收数据。数据的接收比较简单，即通过远端据。数据的接收比较简单，即通过远端 DMADMA把数据从把数据从 RRTL8019TL8019的的 RAMRAM 空间读回空间读回 ARMARM 中处理。中处理。
53
（（ 44 ）以太网控制器）以太网控制器 CS8900CS8900 在有些嵌入式系统当中也采用在有些嵌入式系统当中也采用 CS8900CS8900 以太网控以太网控制器进行组网。 制器进行组网。 CS8900CS8900 的封装采用的封装采用 100100－－ pin TQFpin TQFPP 形式，内部集成了形式，内部集成了 RAMRAM 、、 10BASE-T10BASE-T收发滤波器。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，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。并且可以直接和微处理器相连。
CS8900CS8900 有三种工作模式：有三种工作模式： I/OI/O模式、存储器模模式、存储器模式和直接存储器模式，默认为式和直接存储器模式，默认为 I/OI/O模式，可以通过模式，可以通过程序使其工作于其他模式。程序使其工作于其他模式。
54
（（ 55 ）嵌入式以太网中主要涉及的协议）嵌入式以太网中主要涉及的协议ARP(Address Resolation Protocol)ARP(Address Resolation Protocol)
地址解析协议 地址解析协议 ICMP (ICMP (Internet Control Messages Internet Control Messages ProtocolProtocol))网络网络控制报文协议控制报文协议
IP(Internet Protocol) IP(Internet Protocol) 网际协议网际协议TCP(Transfer Control Protocol) TCP(Transfer Control Protocol)
传输控制协议传输控制协议UDP(User Datagram Protocol)UDP(User Datagram Protocol)
用户数据包协议用户数据包协议
55
4.6.4 4.6.4 嵌入式嵌入式 InternetInternet 11 ） 嵌入式） 嵌入式 internetinternet应用领域应用领域 智能公路：包括交通管理、车辆导航、流量控制、信智能公路：包括交通管理、车辆导航、流量控制、信息监测和汽车服务。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。栽培技术应用、智能种子工程等。
虚拟现实虚拟现实 VRVR机器人：包括交通警察、门卫、家用机器人等。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。工业制冷：冷库、中央空调和超级市场冰柜。VRVR精品店：客户可以实时地查看到存货状况。精品店：客户可以实时地查看到存货状况。VRVR 家政系统：水、电、煤气表的自动抄表，安全防火和防盗系家政系统：水、电、煤气表的自动抄表，安全防火和防盗系
统等。 统等。
56
11 ） 嵌入式） 嵌入式 internetinternet应用领域 应用领域 工业自动化：目前已经有大量的工业自动化：目前已经有大量的 88 位、位、 1616 位和位和 3232位嵌入式微控制器在实际工作中得到广泛应用，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。源消耗的主要途径。
POSPOS 网络及电子商务：公共交通无接触智能卡（网络及电子商务：公共交通无接触智能卡（ CoContactless Smartcardntactless Smartcard，， CSCCSC ）发行系统、公共）发行系统、公共电话卡发行系统、自动售货机等。 电话卡发行系统、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。象信息网，水源和空气污染监测等。
57
22 ）网际协议）网际协议 网际协议（网际协议（ IPIP ）） [Los97,Sta97A][Los97,Sta97A] 是因特网上的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。有了良好的应用。
IPIP 不是定义在物理实现上的，它是一种网际互连不是定义在物理实现上的，它是一种网际互连标准。标准。因特网分组形式能够被其他网络（如以太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。到目的地址会经过几种不同的网络。 IPIP 允许数据通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过这些网络，无损失的从一端用户流动到另一端用户。户。
58
网际协议网际协议 IPIP 工作在网络层工作在网络层。当节点。当节点 AA 发送数据到节点发送数据到节点 BB 时，时，应用的数据通过协议栈到达网际协议。应用的数据通过协议栈到达网际协议。 IPIP 创建路由创建路由到目的的分组，发送到数据链路层和物理层。 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在不同类型的网络之间传输数据的节点叫路由器。器。路由器的功能必须到达路由器的功能必须到达 IPIP 层，一般说来，一个层，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，目的地址， IPIP 层给运输层提供数据。层给运输层提供数据。当数据经过协当数据经过协议栈时，议栈时， IPIP 分组数据被以适合于每一层的分组格式分组数据被以适合于每一层的分组格式封装。封装。
59
33 ）） MACMAC物理地址物理地址 使用使用 TCP/IPTCP/IP 协议来定义主机的协议来定义主机的 3232 位地址。位地址。 IPIP地址由网络地址和主机地址两部分组成，其中网络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。一个内部寻找一个单独的主机。一个 IPIP 地址可以使来自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。源地址的数据通过路由传送到目的地址上。
对于通信设备上的对于通信设备上的 MACMAC 地址，由于我们不直接地址，由于我们不直接与它接触，可能会感到陌生。与它接触，可能会感到陌生。 MACMAC 地址也叫物理地地址也叫物理地址、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。在硬件内部。这个地址与网络无关，无论将带有这这个地址与网络无关，无论将带有这个地址的硬件（如网卡、集线器、路由器等）接入个地址的硬件（如网卡、集线器、路由器等）接入到网络的何处，它都有相同的 到网络的何处，它都有相同的 MACMAC 地址，地址， MACMAC 地址地址一般不可改变，不能由用户自己设定。 一般不可改变，不能由用户自己设定。
60
MACMAC物理地址物理地址
MACMAC 的地址是的地址是 4848 位，通常表示为位，通常表示为 1212 个个 1616 进进制数，如制数，如 0808 ：： 0000 ：： 2020 ：： 0A:8C:6D0A:8C:6D就是一个就是一个 MACMAC地址，其中前地址，其中前 66 位代表网络硬件制造商的编号，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。而后边的代表网络产品的制造号。
IPIP 地址的分配是跟据网络的拓扑结构，其值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。而据谁制造了这个设备而定义的。而 MACMAC 是不可变是不可变的。的。
61
（（ 11 ） 直接接入） 直接接入 internetinternet设备可以直接连接到设备可以直接连接到 InternetInternet上，对上，对 InternetInternet进行透进行透明的访问。不需要专用的接入设备。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。致系统的成本高。需要需要 IPIP 地址资源，目前地址资源，目前 InternetInternet的的 IPV4IPV4 的的 IPIP资源有资源有限，因此这种方案在限，因此这种方案在 IPV6IPV6 版本中可能比较现实。版本中可能比较现实。
（（ 22 ） 通过网关接入） 通过网关接入 internetinternet go to nextgo to next
44 ）连接二种方式）连接二种方式
62
4.6.5 4.6.5 无线通信接口无线通信接口 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（要求。无线通信中使用的物理层一般是红外线（ IRIR））通道或射频（通道或射频（ RFRF）通道。）通道。
红外通信是一种利用红外线进行数据传输的， 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。这使用低于可见光的电磁波频率，人眼无法检测到。这种波可以用红外线发光管产生，而用红外线光电管来种波可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。围受到很大的限制。
63
11 、、无线通信接口无线通信接口
射频（射频（ RFRF ）使用无线广播频带的电磁波）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。使用路来接收数据。使用 RFRF 的优点是不需要视距的优点是不需要视距（（ line of sightline of sight ）连接，可以有更长的通）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信距离。当然，通信范围取决于发送器的发射功率。例如射功率。例如 Wi-FiWi-Fi 、蓝牙、、蓝牙、 ZigBeeZigBee 、、 GSMGSM 、、GPRSGPRS 、、 CDMACDMA 等均为无线接入技术。 等均为无线接入技术。
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802.11b802.11b 标准简介标准简介
19991999年年 99月，月， 802.11b802.11b 标准的推出标志着无线标准的推出标志着无线时代的开始。时代的开始。 IEEE 802.11bIEEE 802.11b 无线局域网的带宽最高无线局域网的带宽最高可达可达 11Mbps11Mbps ，也可根据实际情况采用，也可根据实际情况采用 5.5Mbps5.5Mbps 、、 22MbpsMbps 和和 1Mbps1Mbps带宽。 带宽。 IEEE 802.11bIEEE 802.11b 使用的是开放使用的是开放的的 2.4GB2.4GB频段，不需要申请就可以使用。既可以作频段，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。摆脱网线的束缚，实现真正意义上的移动应用。 80802.11b2.11b 无线局域网引入了多用户冲突避免技术，可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。以大幅度提高网络效率。
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802.11b802.11b 标准简介标准简介IEEE 802.11bIEEE 802.11b 运作模式基本有如下两种：运作模式基本有如下两种： 点对点模式点对点模式是指无线网卡和无线网卡之是指无线网卡和无线网卡之间的通信。只要在间的通信。只要在 PCPC 机插上无线网卡即可与机插上无线网卡即可与另一具有无线网卡的设备连接，最多可连接另一具有无线网卡的设备连接，最多可连接 225656 台。台。
基本模式基本模式是指无线网络规模扩充或有线是指无线网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。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。游管理及指挥工作的接入点设备。
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2. 2. 蓝牙技术蓝牙技术 蓝牙协议是一个新的无线连接全球标准，建立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个设备之间的距离在 10m10m以内，则可以建立连接。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（距连接就能通信。例如，掌上电脑（ laptoplaptop ）可以）可以向隔壁房间的打印机发送数据，微波炉也可以向无向隔壁房间的打印机发送数据，微波炉也可以向无绳电话发送一个信息，告诉用户饭已准备好。将来，绳电话发送一个信息，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电话、蓝牙协议可能成为数以万计的移动电话、 PCPC 机、掌机、掌上电脑以及其他很多电子设备的通信标准。上电脑以及其他很多电子设备的通信标准。
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11 ）主要的特点。）主要的特点。（（ 11 ） 适用设备多。） 适用设备多。可以使众多电信和计算机设备无可以使众多电信和计算机设备无需电缆就能联网。需电缆就能联网。例如，如果把蓝牙技术引入到移例如，如果把蓝牙技术引入到移动电话和膝上型电脑中，就可以去掉连接电缆而通动电话和膝上型电脑中，就可以去掉连接电缆而通过无线使其建立通信。打印机、过无线使其建立通信。打印机、 PDAPDA 、桌上型电脑、、桌上型电脑、传真机、键盘、游戏操作杆以及所有其它的数字设传真机、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。备都可以成为蓝牙系统的一部分。
（（ 22 ）工作频段全球通用。蓝牙技术以无线局域网的）工作频段全球通用。蓝牙技术以无线局域网的 IIEEE802.11EEE802.11 标准技术为基础，工作在标准技术为基础，工作在 2.4GHz2.4GHz ISM(In ISM(Industory science medicine)dustory science medicine) 频段，该频段用户不频段，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。而在蜂窝式移动电话领域，这消除了国界的障碍。而在蜂窝式移动电话领域，这个障碍已经困扰用户多年。 个障碍已经困扰用户多年。
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（（ 33 ）使用方便）使用方便 蓝牙技术规范中采用了一种蓝牙技术规范中采用了一种 Plonk and playPlonk and play的的概念，概念，它有点类似即插即用。它有点类似即插即用。这样，用户不必再学习这样，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。的控制软件，无需用户干预即可传输数据。
（（ 44 ）安全加密、抗干扰能力强。）安全加密、抗干扰能力强。 ISMISM 频带是对所有无线电系统都开放的频带，因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，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、无绳电话、汽车房开门器、微波炉等。例如某些家电、无绳电话、汽车房开门器、微波炉等。为了避免干扰，为了避免干扰，蓝牙技术特别设计了快速确认和跳频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，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。不断搜寻干扰比较小的信道。在无线电环境非常嘈杂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。的情况下，蓝牙技术的优势极为明显。
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（（ 55 ）兼容性好）兼容性好 由于蓝牙技术独立于操作系统，由于蓝牙技术独立于操作系统，所以，在各所以，在各种操作系统中均有良好的兼容特性。蓝牙技术对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。各个商用操作系统的内嵌式支持正在发展之中。
（（ 66 ）尺寸小、功耗低。）尺寸小、功耗低。 所有的技术和软件集成于所有的技术和软件集成于 9mm*9mm9mm*9mm的微芯片，的微芯片，从而可以集成到各种设备中，如蜂窝电话、传呼从而可以集成到各种设备中，如蜂窝电话、传呼机、笔记本电脑、机、笔记本电脑、 PDAPDA 、、 PCPC ，甚至各种家用电，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。器中；与集成的设备相比可忽略功耗和成本。
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（（ 77 ）多路方向链接）多路方向链接 蓝牙无线收发器的连接距离可达蓝牙无线收发器的连接距离可达 10M10M ，不，不限制在直线范围内，甚至设备不在同一房间内也限制在直线范围内，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，最多可达能相互连接，而且可以连接多个设备，最多可达77 个，这就可以把用户身边的设备都连接起来，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。形成一个个人领域的网络。
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22 ）产品）产品
（（ 11 ）蓝牙芯片）蓝牙芯片 :: 蓝牙芯片是蓝牙系统的关键技术。蓝牙芯片是蓝牙系统的关键技术。
（（ 22 ）蓝牙耳机）蓝牙耳机（（ 33 ）内置蓝牙芯片的）内置蓝牙芯片的 GPRSGPRS手机手机
（（ 44 ）笔记本电脑）笔记本电脑 （（ 55 ）无线操作的便携硬盘）无线操作的便携硬盘 （（ 66 ）个人电脑附件）个人电脑附件
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3. GPS3. GPS终端系统简介终端系统简介 GPSGPS （（ Global Position SystemGlobal Position System）利用卫星进行地）利用卫星进行地面目标的定位，通过面目标的定位，通过 GPSGPS人们可以了解所在位置的详细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。地面的大。地面的 GPSGPS 接收机接收定位数据进行处理，得到所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。到的结果越精确，实时性越好。
在在 GPSGPS 发展的初期，嵌入式处理器的能力有限，因发展的初期，嵌入式处理器的能力有限，因此接收机的性能不好，当然可以使用高性能的处理器，此接收机的性能不好，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。但是功耗较大，成本高，不适合移动应用。
车载车载 GPSGPS终端是置于机动车内的实时定位装置，它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。车辆可以通过终的应用对象是需要定位、调度的车队。车辆可以通过终端和端和 GPSGPS卫星进行实时、准确的定位，并能够通过无线卫星进行实时、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。通讯网络上报远程的车辆控制中心系统。利用系统中的利用系统中的GPSGPS 模块，可以实时地获取移动终端的地理位置信息。模块，可以实时地获取移动终端的地理位置信息。
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11 ）车载）车载 GPSGPS 终端系统简介终端系统简介 GPSGPS 模块与系统的串行口模块与系统的串行口 11 连接，每秒钟向监连接，每秒钟向监控器发送信息。信息采用美国的控器发送信息。信息采用美国的 NMEA0183 ASCIINMEA0183 ASCII码协议，该协议为码协议，该协议为 NAEA 0183 20NAEA 0183 20 版，内容包括终版，内容包括终端的经纬度、速度以及当前星历等信息，信息是端的经纬度、速度以及当前星历等信息，信息是 AASCIISCII码，每秒钟向监控器发送字符串。由于系统码，每秒钟向监控器发送字符串。由于系统的串行口扫描程序不停地扫描串口，所以当串行的串行口扫描程序不停地扫描串口，所以当串行口口 11 每次接收到一个字符，都会调用每次接收到一个字符，都会调用 GPSGPS 数据处数据处理程序。理程序。
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车辆调度中心
通讯网络
GPS车载终端系统
卫星
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22 ）） GPSGPS 接收机接收机
GPSGPS技术的研究人员都在研究如何利用技术的研究人员都在研究如何利用 GPSGPS 接接收机在高动态环境下进行精确定位，同时降低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，许多民用收机的成本。但是直到现在，许多民用 GPSGPS 接收接收机的实时动态性能和定位精度还是不高。机的实时动态性能和定位精度还是不高。
原因原因 -- 处理器的性能不高。处理器的性能不高。高性能的处理器成本较高高性能的处理器成本较高
采用采用 ARMARM 处理器如下图所示。处理器如下图所示。
GPSGPS 接收机接收机 -- 方框图方框图天线
低噪放大
变频器 相关通道
存储单元
微处理器
信号接收单元 信号处理、数据存储单元
LNA
GPSGPS 接收机接收机 -- 原理框图原理框图天线
低噪放大
信号
主时钟
采样时钟
锁相
LNA
10MHzTCXO
GP2015 GP2021 ARM7
存储器存储控制
数据
地址控制
串口 TX/RX
数据
数据地址控制
键盘、显示器等
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4. ZIGBEE 嵌入式无线通信模块 1 ） 功能简介嵌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。
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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。
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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。
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22 ）技术指标）技术指标传输距离 100 米— 2000 米网络拓扑： 星型、树型、链型、网状网寻址方式： IEEE802.15.4/ZIGBEE 标准地址最大数据包： 256 字节数据接口： TTL 电平收发、标准 RS232 串口串口信号： TxD, RxD, GND串口速率： 1200 ~ 38400 bps串口校验： None, Even, Odd数据位： 7, 8 位校验位 1
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频率范围 2.405GHz--2.480GHz无线信道 16天线连接 外置 SMA 天线或 PCB 天线输入电压 DC 5V最大发射电流 200 mA最大接收电流 55 mA待机电流 10 mA节电模式 110 uA功 耗：睡眠模式 30 uA ，工作温度 -40°C至 85°C工作环境：储存温度 -55°C至 125°C
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嵌入式技术
配套软件开发
无线通信技术
系统总体设计思想
传感器技术
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精简功能设备 RFD
全功能设备 FFD
网络协调器
簇状网星型网
网状网
ZigBee 网络拓扑结构
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系统功能模块划分
系统功能模块划分
数据处理服务器
区域采集控制系统
数据采集终端
CDMA
ZigBee
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通信协议的制定通信协议的制定
消息头 消息类型 源地址 1 级目的地址 2 级目的地址
传感器标志 数据长度 数据 校验信息 预留信息 消息尾
struct Msg{char MsgHead[2]; // 消息头char MsgType; // 消息类型char SAddr[2]; // 源地址char DAssr1[2]; //1 级目的地址char DAddr2[2]; //2 级目的地址char SensorType; // 传感器类型char DataLength[4]; // 数据长度char *pData; // 数据指针char CRC[2]; // 校验信息char Other[2]; // 预留信息char MsgTail[2]; // 消息尾}
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33 ）数据发送模式）数据发送模式
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模块类型 发送模式 目标节点 发送模式
中心节点广播
主从或点对点
网内所有非中心节点目标地址的节点
数据直接发送目标地址 + 数据
非中心节点广播主从点对点
网内非中心节点中心节点目标地址的节点
数据直接发送数据直接发送目标地址 + 数据
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44 ） 数据发送帧格式） 数据发送帧格式
发送模式 数据编码 数据帧格式数据直接发送 不需要做任何变动16 进制目标地址 2字节目标地址 +数据目标地址 +数据ASCII 目标地址 4字节目标地址 +数据
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55 ） 数据发送模式） 数据发送模式 TX_TYPE TX_TYPE 设置设置TX_TYPE 选项 发 送 模 式 配 置 说 明 BROADCAST 广播模式 无需目标地址。MASTER—SLAVE 主从模式 中心节点必需目标址， 非中心节点无需目标址， 默认发给中心节点。POINT—POINT 点对点 必需目标地 ZBEE 无线通信模块的配置模式可以分为超级终端配置模式、计算机网管配置模式。超级终端配置模式是进入计算机的超级终端进行模块的设置；
计算机网管配置模式是提供系统接口，给用户进行软件集成的协议规范。
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55 、、 GPRSGPRS通用无线业务 GPRS 是全球移动通信系统 GSM 的技术升级，从而真正实现 GSM 网络与 Internet的兼容，它为用户提供从 9.6kbps 到 150kbps 数据传输速率。
在实际应用中， GPRS手机可与 GPS结合提供车辆的实时调度、监控和管理。 GPS探测车辆位置等信息，由 GPRS 网络实时地传输到车辆调度中心，调度中心的指示和命令也能够以短信方式发送给一个或多个驾驶员，具有成本低、覆盖范围广、无需专人维护的优点。
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66 、、 CDMACDMA
码分多址 CDMA 是一种扩展频谱多址数据通信技术， 1993 年 3月，美国通信工业学会 TIA 通过了 CDMA 空中接口标准 IS-95, 使 CDMA 成为第二代数字蜂窝移动通信系统。现在，以 IS-95 为代表的窄带 CDMA已经进入成熟的商业化使用阶段，美国、日本及我国联通公司都采用了 CDMA技术，建立了窄带 CDMA 数字蜂窝移动通信网络系统。
主流无线通信技术比较主流无线通信技术比较
市场名 GPRS/
CDMA
Wi-Fi
802.11b
Bluetooth
802.15.1
ZigBee
802.15.4
应用重点 广域范围声音数据
无线局域网 电缆替代品 监测、控制
系统资源 16MB+ 1MB+ 250KB+ 4~32KB
电池寿命 ( 天 ) 1~7 0.5~5 1~7 100~1000+
网络大小 1 32 7 255/65000
带宽 (KB/s) 64~128+ 11,000+ 720 20~250
传输距离 ( 米 ) 无限 1~100 1~10 1~1000
Êý ¾Ý́ ¦ Àí ·þ Îñ Æ÷
Çø Óò²É ¼¯¿Ø ÖÆϵ ͳInte rne t
¶À Á¢Êý ¾Ý²É ¼¯ÖÕ¶Ë
Êý ¾Ý²É ¼¯ÖÕ¶Ë 1Êý ¾Ý²É ¼¯ÖÕ¶Ë n
ZigB eeÍø Âç
12
CDMA
CDMA
工程机械智能监控器体系结构工程机械智能监控器体系结构
32 ARM位 处理器
显示接口键盘接口
RS-232
USB
键盘 LCD
RS-232
CAN接口无线模块
无线局域网
CAN
通讯端口
/（上载下传）
GPS
GSM
工程机械单机控制器
数据采集模块