基于16位单片机作为主控芯片的嵌入式设备解决方案

文章摘要：3 硬件描述整个系统的设计核心是台湾凌阳科技股份有限公司推出的具有总线结构的16位高性能CMOS微处理器,可以进行高速运算、灵活的I/O口控制和高效的数据操作。SPCE061A具有2K字的SRAM和32K字的闪存ROM.与现有的8位微处理器相比，其提供了速度较高的16位x16位乘法运算指令Mul和内积运算指令Muls,加上优化的指令集，SPCE061A的吞吐量大为提高，这使得精简的指令集能够在其中可靠运行。系统硬件电路组成框图如图2所示。该硬件结构主要包括两部分：1.反映信息家电工作状态的信息采集2.数据经过TCP/IP协议压缩后，通过以太网控制芯片输出到internet,或接收来自int

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　　3   硬件描述

　　整个系统的设计核心是台湾凌阳科技股份有限公司推出的具有总线结构的16位高性能CMOS微处理器,可以进行高速运算、灵活的I/O口控制和高效的数据操作。SPCE061A具有2K字的SRAM和32K字的闪存ROM.与现有的8位微处理器相比，其提供了速度较高的16位x16位乘法运算指令Mul和内积运算指令Muls,加上优化的指令集，SPCE061A的吞吐量大为提高，这使得精简的指令集能够在其中可靠运行。系统硬件电路组成框图如图2所示。

　　该硬件结构主要包括两部分：1.反映信息家电工作状态的信息采集2.数据经过TCP/IP协议压缩后，通过以太网控制芯片输出到internet,或接收来自internet的控制数据并进行解包。该系统基于IEEE1451.2和TCP/IP协议构建，具有标准化的网络接口，允许与Internet或Ethernet网络进行即时连接，从而实现了家电设备和外部网络的直接通讯，解决了监控设备和通讯网络的接口问题，为实现基于WEB的远程监控提供了底层的硬件互联。

　　4  单片机控制以太网卡进行数据传输

　　单片机接入以太网必须嵌入TCP/IP协议，其加载TCP/IP协议控制以太网卡进行数据传输，并通过TCP/IP协议连接到互联网的基本思路是：在远程控制端进行的操作首先通过路由器寻找到目标，再通过网卡的ISA接口传入单片机。在单片机中加载的驱动程序将之转换成物理帧格式，最后由TCP/IP协议将之转换为应用层控制命令。因为单片机内部资源有限，要完成上网任务必须精简TCP/IP协议，本系统中使用了ARP、RARP、IP、UDP等部分协议，即可保证单片机接入以太网，亦保证足够小的代码量。单片机主要完成网络数据的解包和串口数据的打包，当以太网有数据到达该设备，单片机采用查询方式读取网络数据并分析，如果是ARP(物理地址解析协议)数据包，则转入ARP处理程序，并发送RARP数据包，将IP地址和物理地址加入到局域网中建立映射。如果是UDP数据包且IP地址和端口号正确，则接收数据包，数据解包后，将数据部分通过串口输出，控制现场设备。反之，如果现场设备通过串口发送数据到单片机，单片机将数据按照UDP协议格式打包，送入RTL8019AS，由RTL8019AS将数据输出到局域网中。根据需要还可以在收到串口数据时，先完成数据预处理，再将处理好的数据送到局域网。

　　5软件实现部分

　　软件设计主要包括：以太网控制器初始化程序、驱动程序、TCP/IP协议栈程序、系统网络配置程序。以太网控制器驱动程序用于设置以太控制芯片的工作状态即工作方式，分配收发数据的缓冲区；系统网络配置程序用于给监测系统分配IP地址及域名。限于篇幅，下面仅给出了采用汇编语言编写的RTL8019AS初始化的部分代码。

　　.include  hardware.inc;//配置单元定义

　　.public  _init      //RTL8019AS初始化子程序

　　_init:

　　R1=0xffff；         //初始化A口为输出

　　[P_IOA_Attrib]=R1；

　　[P_IOA_Dir]=R1；

　　R1=0xfc07； //将IOB0~IOB2,IOB10~IOB15设置为输出，其他为输入

　　[P_IOB_Attrib]=R1；

　　[P_IOB_Dir]=R1；

　　R1=0x0001；//选中00H寄存器

　　[P_IOB_Data]=R1；

　　R1=0x0021;  //选择寄存器页面0，芯片不工作

　　[P_IOA_Data]=R1；

　　[P_IOB_Data]=R1；

　　R1=0x004c；//设置接收缓冲区，页地址为0x4c~0x7f

　　[P_IOA_Data]=R1；

　　R1=0x0001；//选中02H寄存器

　　[P_IOB_Data]=R1；

　　R1=0x0080；

　　[P_IOA_Data]=R1；

　　...

　　R1=0x0801；  //选中01H寄存器

　　R1=0x0001；  //选中00H寄存器

　　[P_IOB_Data]=R1；

　　R1=0x0061；  //选择寄存器页面1

　　[P_IOA_Data]=R1；

　　...

　　R1=0x0001；

　　[P_IOB_Data]=R1；

　　R1=0x0022； //选择寄存器页面0，芯片进入工作状态

　　[P_IOA_Data]=R1；

　　retf;      // 程序返回

　　6 结束语

　　利用16位单片机SPCE061A驱动以太控制芯片RTL8019AS，实现信息家电经由嵌入式网关接入internet的方式，可以方便、低廉地将信息家电的工作状态送往远程PC进行监控。这种低成本、高性能的方案，具有可靠灵活的特点，适用于通信速率不大，允许延时的家庭自动化设备。用户可根据需要，按上述方法，为传统的家电赋予接入internet的能力。

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