单片机与TCPIP网络.docx
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单片机与TCPIP网络
单片机与TCP/IP网络
--版主老古
（一）绪言
——单片机如何控制以太网网卡进行传输数据，如何加载TCP/IP协议连接到互联网，这些都是一些令人感兴趣的问题。
——可以说以太网和TCP/IP协议已经成为使用最广泛的协议，而其它总线协议如RS485、RS232，CAN，LANWORKS，都只是一些局部系统的总线。
——围绕以太网而制造的集线器，交换机已进入大小公司，企业，家庭。
我现在在众达天网公司，由于公司是搞电脑防火墙的，所以对网络的接触也越来越多，我研究的主要是网络的底层，并掌握了很多网络分析工具如（SNIFFER），对以太网和TCP/IP协议的研究就更加深入了。
——我比较熟悉的网卡是10M的网卡，100M的以太网卡还在研究之中。
曾经用单片机（89C52）控制和驱动10M的NE2000兼容型以太网卡与电脑主机传输数据。
——现在将我的一些研究成果写成一系列的文单，提供给大家。
也许有一天研究了100M的网卡之后，可以让单片机驱动它，那是可能的事，只不过接口可能会复杂一些。
——我所写的驱动程序并不是标准的，因为我没有学过UNIX，无法使用UNIX提供的原代码。
如果能使用UNIX的原代码，那将是很好的事。
我也正在接触UNIX和VC++，DDK等方面的内容，希望有一天能够重写我现在所写的驱动程序。
——我知道有很多人在了解单片机与以太网方面的东西，在BBS上也发现了很多这方面的内容，有些人的研究甚至比我还深入，我也希望能跟这些人交流交流，如果对我的文章感兴趣，当然可以给我发电子邮件啦。
——在接下来的文章将介绍以太网协议，网卡驱动，IP协议，ICMP协议，ARP协议，TCP协议等。
----为帮助读者开发该tcp/ip的应用，本站制作了以太网开发板，可以购买。
（二）以太网协议
——--以太网协议（用于10MBPS的以太网，作者以下所说的以太网均指10M以太网，而不是100M，1000M的以太网）
——以太网协议有两种，一种是IEEE802.2/IEEE802.3，还有一种是以太网的封装格式。
——现代的操作系统均能同时支持这两种类型的协议格式。
因此对我们来说只需要了解其中的一种就够了，特别是对单片机来说，不可能支持太多的协议格式。
——以太网的物理传输帧：
（仅介绍第二种格式）
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，用于收发双方的时钟同步，同时也指明了传输的速率（10M和100M的时钟频率不一样，所以100M网卡可以兼容10M网卡），是56位的二进制数101010101010.....
——SD:
分隔位,表示下面跟着的是真正的数据,而不是同步时钟,为8位的10101011,跟同步位不同的是最后2位是11而不是10.
——DA:
目的地址,以太网的地址为48位（6个字节）二进制地址,表明该帧传输给哪个网卡.如果为FFFFFFFFFFFF,则是广播地址,广播地址的数据可以被任何网卡接收到.
——SA:
源地址,48位,表明该帧的数据是哪个网卡发的,即发送端的网卡地址,同样是6个字节.
----TYPE：
类型字段，表明该帧的数据是什么类型的数据，不同的协议的类型字段不同。
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，（小于0600H的值是用于IEEE802的，表示数据包的长度。
）
----DATA：
数据段，该段数据不能超过1500字节。
因为以太网规定整个传输包的最大长度不能超过1514字节。
（14字节为DA，SA，TYPE）
----PAD：
填充位。
由于以太网帧传输的数据包最小不能小于60字节,除去（DA，SA，TYPE14字节），还必须传输46字节的数据，当数据段的数据不足46字节时，后面补000000.....（当然也可以补其它值）
----FCS:
32位数据校验位.为32位的CRC校验,该校验由网卡自动计算,自动生成,自动校验,自动在数据段后面填入.对于数据的校验算法,我们无需了解.
----事实上,PR,SD,PAD,FCS这几个数据段我们不用理它,它是由网卡自动产生的,我们要理的是DA,SA,TYPE,DATA四个段的内容.
----所有数据位的传输由低位开始（但传输的位流是用曼彻斯特编码的）
----以太网的冲突退避算法就不介绍了,它是由硬件自动执行的.
DA+SA+TYPE+DATA+PAD最小为60字节,最大为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,一个是多播地址（我们用不上）,一个是它自已的地址.但网卡也可以设置为接收任何数据包（用于网络分析和监控）.
----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.不同厂家使用不同地址段,同一厂家的任何两个网卡的地址也是唯一的.根据网卡的地址段（网卡地址的前三个字节）,可以知道网卡的生产厂家.有些网卡的地址也可以由用户去设定,但一般不需要.
（三）ISA总线接口定义
ISAISA=IndustryStandardArchitecture（isa总线）
PinNameDescription
引脚名称含义
A1/I/OCHCKI/Ochannelcheck;activelow=parityerror
A2D7Databit7
A3D6Databit6
A4D5Databit5
A5D4Databit4
A6D3Databit3
A7D2Databit2
A8D1Databit1
A9D0Databit0
A10I/OCHRDYI/OChannelready,pulledlowtolengthenmemorycycles
A11AENAddressenable;activehighwhenDMAcontrolsbus
A12A19Addressbit19
A13A18Addressbit18
A14A17Addressbit17
A15A16Addressbit16
A16A15Addressbit15
A17A14Addressbit14
A18A13Addressbit13
A19A12Addressbit12
A20A11Addressbit11
A21A10Addressbit10
A22A9Addressbit9
A23A8Addressbit8
A24A7Addressbit7
A25A6Addressbit6
A26A5Addressbit5
A27A4Addressbit4
A28A3Addressbit3
A29A2Addressbit2
A30A1Addressbit1
A31A0Addressbit0
B1GNDGround
B2RESETActivehightoresetorinitializesystemlogic
B3+5V+5VDC
B4IRQ2InterruptRequest2
B5-5VDC-5VDC
B6DRQ2DMARequest2
B7-12VDC-12VDC
B8/NOWSNoWaitState
B9+12VDC+12VDC
B10GNDGround
B11/SMEMWSystemMemoryWrite
B12/SMEMRSystemMemoryRead
B13/IOWI/OWrite
B14/IORI/ORead
B15/DACK3DMAAcknowledge3
B16DRQ3DMARequest3
B17/DACK1DMAAcknowledge1
B18DRQ1DMARequest1
B19/REFRESHRefresh
B20CLOCKSystemClock（67ns,8-8.33MHz,50%dutycycle）
B21IRQ7InterruptRequest7
B22IRQ6InterruptRequest6
B23IRQ5InterruptRequest5
B24IRQ4InterruptRequest4
B25IRQ3InterruptRequest3
B26/DACK2DMAAcknowledge2
B27T/CTerminalcount;pulseshighwhenDMAterm.countreached
B28ALEAddressLatchEnable
B29+5V+5VDC
B30OSCHigh-speedClock（70ns,14.31818MHz,50%dutycycle）
B31GNDGround
C1SBHESystembushighenable（dataavailableonSD8-15）
C2LA23Addressbit23
C3LA22Addressbit22
C4LA21Addressbit21
C5LA20Addressbit20
C6LA18Addressbit19
C7LA17Addressbit18
C8LA16Addressbit17
C9/MEMRMemoryRead（Activeonallmemoryreadcycles）
C10/MEMWMemoryWrite（Activeonallmemorywritecycles）
C11SD08Databit8
C12SD09Databit9
C13SD10Databit10
C14SD11Databit11
C15SD12Databit12
C16SD13Databit13
C17SD14Databit14
C18SD15Databit15
D1/MEMCS16Memory16-bitchipselect（1wait,16-bitmemorycycle）
D2/IOCS16I/O16-bitchipselect（1wait,16-bitI/Ocycle）
D3IRQ10InterruptRequest10
D4IRQ11InterruptRequest11
D5IRQ12InterruptRequest12
D6IRQ15InterruptRequest15
D7IRQ14InterruptRequest14
D8/DACK0DMAAcknowledge0
D9DRQ0DMARequest0
D10/DACK5DMAAcknowledge5
D11DRQ5DMARequest5
D12/DACK6DMAAcknowledge6
D13DRQ6DMARequest6
D14/DACK7DMAAcknowledge7
D15DRQ7DMARequest7
D16+5V
D17/MASTERUsedwithDRQtogaincontrolofsystem
D18GNDGroundNote:
DirectionisMotherboardrelativeISA-Cards.
四）89C52单片机与网卡接口电路图
——电路是由作者自己设计的，可能不是很标准，也可能不是理想的，但是它可以实现。
网卡是ne2000兼容型的网卡。
作者所用的网卡是TP-LINK的TE-2008,接口为ISA接口，网卡的主芯片是RTL8019AS.此款网卡在电脑城可以买到。
价钱不超过50元。
如果买不到，也可以使用别的ne2000的兼容网卡，例如芯片Davicom的DM9008,NSI的DP8390,
MXIC的MX98905，还有华邦的，dlink的。
这些芯片的资料可以在本站的硬件程序下载区下载。
但推荐使用RTL8019AS。
为阅读以下的内容，请在本站下载RTL8019AS的芯片资料。
这是缩小的图，点击这里放大。
放大的图可能还不是很清楚，要看更为清楚的图，点击这里下载SCH电路图。
（可以用PROTEL98或PROTEL99打开。
如果你没有protel98，可以在本站下载protel98安装程序（要下载几个小时）。
__电路用到的主要芯片有MAX232（串口的电平转换）,24c02（IIC总线的eeprom），373（8位锁存），62256（32K的RAM）.其中的24C02也可以不要，可以通过存取网卡上的93C46来实现，但我没有这样做。
62256为外部32K的Ram，也可以不用，可以用网卡上的RAM来代替，但是网卡上的Ram的存取比较复杂，速度会比加62256慢。
为了编程的方便，和实现快的传输速度，以及为完成更为复杂的应用，推荐使用62256，用77E58单片机和外加62256，可以实现500KBPS以上的传输速度。
电路图上方的两大块为ISA槽，网卡是插在这ISA槽上的。
本站还有一个一体化的电路图，是将RTL8019AS也做到板上的，来自http:
//8052.lphard.cz，这个网站还有现成的程序，是用asm写的，用到的I/O300H.
－－作者以下文章的描述全部基于自己的电路图，而不是来自8052.lphard.cz的电路图，请不要混在一起。
作者的全部程序用C51编写，而不是汇编，为了方便大家移植和扩充。
（五）接口电路图详解
（1）
----89c52单片机部分
——ISA接口的A,B部分.
地址线
A19
A18
A17
A16
A15
A14
A13
A12
A11
A10
A9
A8
A7
A6
A5
A4
A3
A2
A1
A0
240H
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
0
0
...
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
X
X
X
X
X
25FH
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
1
1
1
1
1
这是RTL8019网卡ISA的前半部分A1--A31（1...31）,B1--B31（32...62）共62个引脚.
DATA0--DATA7是网卡的8位数据总线,接单片机的P0口.
RESDRV（33脚）（RESET）接单片机的T0（P3.4）,单片机用P3.4来复位网卡。
IRQ9接单片机的INT0（P3.2）,IRQ9是网卡的中断9，接到单片机的中断0上。
（但我的程序没有使用中断操作，我是用查询操作的）
IOR,IOW接到单片机的p3.6,p3.7（/WR,/RD）
GND是地，VCC为＋5V的电源。
A0--A19为网卡的地址线，共20根，我们用到网卡的地址为十六进制的0240H---025FH,转换为二进制为
我们看到从地址240H到25FH,地址线的A19---A5是固定的000000000010010，因此A10--A19接地，A7-A8接地，ADDR8--ADDR15对应地址线的A0--A6.（实际上A5也可以接地，这样可以减少一个单片机的引脚。
这是作者在设计电路时没有注意到,同时A9也可以接VCC）。
A0--A6（ADDR8--ADDR15）接单片机的P2口。
因此当P2口为
地址线
A6,A9（ADDR15）
A5（ADDR13）
A4（ADDR12）
A3（ADDR11）
A2（ADDR10
A1（ADDR9）
A0（ADDR8）
1
0
X
X
X
X
X
P2口
P2.7
P2.5
P2.4
P2.3
P2.2
P2.1
P2.0
1
0
X
X
X
X
X
当P2口为二进制1X0XXXXX时将选中网卡的I/O地址空间。
在程序里，我使用110XXXXX来选中网卡的地址。
地址映射：
单片机（P2口）也就是DPH
网卡（I/O）
11000000（0C0H）
240H
110XXXXX
2XXH
11011111（0DFH）
25FH
我在程序里定义了reg00--reg1f来对应240H－－25FH端口。
#definereg00XBYTE[0xc000]/*240H*/
#definereg01XBYTE[0xc100]/*241H*/
#definereg02XBYTE[0xc200]
#definereg03XBYTE[0xc300]
...
#definereg1fXBYTE[0xDF00]/*25FH*/
－－－ISA接口的C,D部分
这是网卡的接口的后半部分，ISA槽的扩展部分。
只用到GND,VCC,IOCS16.其中的IOCS16是16位I/O的选择脚。
当网卡上电复位的时候，这个脚为网卡的输入脚，如果这个脚为低电平，网卡将选择8位模式，如果这个脚为高电平，网卡将选择16位的模式。
我用了个电阻R10下拉，因此在复位时，这个脚为低电平，网卡选择8位模式。
－－网卡可以兼容8位和16位操作。
由于89c52是8位的数据总线，因此要用网卡的8位总线模式（每次读入或写入1个字节）。
如果你是用80c196或dsp等16位总线的芯片的话，你可以使用16位的操作模式，这样有更快的传输速度（每次读入或写入2个字节）。
（16位总线时，这个下拉电阻去掉，不用接，同时网卡的DATA8--DATA15要接到你的CPU的数据8－－15上。
DMA操作为16位）
（六）接口电路图详解
（2）
----89c52单片机部分
——外部存储器62256和373。
--这是外部存储器62256（32K字节的RAM），62256的
DATA0--DATA7接单片机的P0口。
/OE接单片机的/RD
/WE接单片机的/WR
/CE接单片机的P2.7
A0--A14接单片机的P2.0-P2.6
----373的
DATA0--DATA7接单片机的P0口
/OE接地
LE接单片机的ALE。
－－－因此外部存储器62256占用单片机的外部数据地址空间0000H--7FFFH，共32K字节。
我们使用外部RAM的目的是提高单片机的数据传输速度，和复杂的TCP/IP的处理。
由于以太网的包最大可以有1500多字节，89c52单片机是无法存储这么大的包的，只有放到外部的RAM里。
同时这外部的RAM也用作串行口的输入输出缓冲。
以使单片机可以高速的吞吐数据。
（用网卡上的RAM来代替62256会影响速度）
－－－－MAX232，24c02
－－24C02是IIC总线的eeprom，可以用来存储用户的一些设置，比如IP地址，网关等。
SCL接单片机的T1（P3.5）
SDA接单片机的INT1（P3.3）
－－－MAX232为串口电平转换电路。
CPUTXD接单片机的TXD
CPURXD接单片机的RXD
PCRXD和PCTXD是RS－232电平，为标准串口电平。
数据可以从串口输入到单片机，单片机再把数据送到网卡传出去。
晶振可以用11.0592Mhz,也可以用22.1184Mhz，或更高的频率。
（七）网卡上电复位
----当你买到一个新的RTL8019AS网卡,你要先将该网卡设置为以下的配置：
操作方式OperatingMode：
跳线方式Jumperless（不是即插即用PlugandPlay）
端口I/Obase：
0240-25FH
中断Interrupt：
2/9（我的程序没有用到网卡中断，所以也可以不用设置）
你要将这个网卡插到你的电脑里，用这个网卡带的设置程序RSET8019.exe将这个卡按照上面的配置设置好。
（最好在纯DOS方式下设置）.
－－在介绍网卡驱动程序之前，先介绍一下RTL8019AS的基本情况:
输入输出地址：
共32个，地址偏移量为00H--1FH,（对应于240H－－25FH，240H的地址偏移量为0，241H的地址偏移量为1，。
。
。
25FH的地址偏移量为1FH）。
其中00H－－0FH共16个地址，为寄存器地址。
10H－－17H共8个地址，为DMA地址。
18H－－1FH共8个地址，为复位端口。
对于8位的操作方式，上面的地址中只有18个是有用的：
00H－－0FH共16个寄存器地址。
10HDMA地址（10H－－17H的8个地址是一样的，都可以用来做DMA端口，只要用其中的一个就可以了）
1FH复位地址。
（18H到1FH共8个地址都是复位地址，每个地址的功能都是一样的，只要其中的一个就可以了，但实际上只有18H,1AH,1CH,1EH这几个复位端口是有效的，其他不要使用，有些兼容卡不支持19H,1BH,1DH等奇数地址的复位）
跟复位有关的引脚：
RSTDRV连接到ISA总线的RSTDRV的引脚上。
RSTDRV同时也是ISA总线的复位信号。
RSTDRV为高电平有效，至少需要800ns的宽度。
给该引脚施加一个1us以上的高电平就可以复位。
施加一个高电平之后，然后施加一个低电平。
RSTDRV从高电平到低电平之后要等多久，单片机才可以对网卡进行操作？
复位的过程将执行一些操作，比如将93c46读入，将内部寄存器初始化等。
这些至少需要2毫秒的时间。
我们推荐大家等待更久的时间之后才对网卡操作，比如100毫秒之后才对它操作，以确保完全复位。
对RSTDRV可以接单片机的一个引脚进行对网卡的复位。
但也可以直接将RSTDRV跟单片机的RESET引脚并联，单片机复位的时候，网卡也复位，以减少一个单片机的引脚的使用。
这种情况下，为了保证能够完全复位，可以使用下面介绍的热复位代码。
跟复位有关的寄存器：
18H－－1FH共8个地址，为复位端口。
对该端口偶数地址的读，或者写入任何数，都引起网卡的复位。
跟复位有关的标志位：
其中的第7位RST跟复位有关。
网卡执行正确的复位之后该位为1。
在linux或windows的驱动程序中，一般在复位之后检查该标志位以确认是否正确复位，特别是在即插即用的检测过程中。
对于我们用单片机控制网卡来说，我们可以不检查该标志位，因为
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