實現設備資源和數據資源共享。嵌入式網絡儀器以其網絡共享和穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢在智能交通，信息家電、家庭自動化、工業(yè)自動化、環(huán)境監(jiān)測及遠程醫(yī)療等眾多領域得到越來越廣泛的應用嵌入式網絡儀器系統(tǒng)構成一個嵌入式網絡儀器基本上包括數據采集、嵌入式微控制器和網絡接口3大部分。以一個具體的嵌入式網絡圖像監(jiān)控系統(tǒng)為例，該儀器由微控制器SX52，圖像采集模塊DB200、網絡接口芯片RTL8019和網絡濾波器FB2022等構成。

　　其中MCU控制整個系統(tǒng)的運行并用軟件實現協(xié)議棧，圖像采集模塊實現前端圖像的獲取，網絡接口芯片和網絡變壓器實現網絡傳輸的底層功能，整個系統(tǒng)的框圖結構如所示。嵌入式網絡圖像監(jiān)控系統(tǒng)構成嵌入式微控制器SX52嵌入式系統(tǒng)中可選用的控制芯片很多，例如51、96系列單片機等，這些芯片應用廣泛，價格也很便宜，但在圖像實時采集中速度不是很快；另外也可用DSP，它在實現復雜的函數運算和編解碼中很有優(yōu)勢，并可以達到很高的速度，但它主要用在進行大量數學運算的場合，不適宜進行事務控制。根據實際需要，不僅要成本低而且要有足夠快的速度，綜合考慮MCU選用sx52單片機。它基于RISC結構，帶有片上FLASH程序存儲器，具有在系統(tǒng)編程調試功能；由于采用CPU并行流水線方式及單時鐘周期指令，在100MHz晶振驅動下指令執(zhí)行速度可達100MI/s；所有I/O管腳可通過編程靈活配置；CPU通過執(zhí)行虛擬軟件模塊直接驅動普通I/O口實現硬件外設功能。

　　網絡接口芯片網絡控制芯片采用全雙工以太網控制器RTL8019AS，自帶16KB的SRAM，具有全雙工的通信接口，可以通過交換機在雙絞線上同時發(fā)送和接收數據。它能完成物理幀的形成、編解碼、CRC的形成和校驗、數據的收發(fā)等。RTL8019AS可使帶寬從2006年第12期儀表技術與傳感器是用來進行以太網通訊的理想芯片。通訊網絡變壓器品質特性，直接影響整個網絡系統(tǒng)的運行。網卡濾波器FB2022有2個輸入2個輸出，和以太網的10BASE-T構成標準的接口。圖像采集器圖像采集模塊采用DB200.DB200攝像部件將鏡頭、視頻圖像、圖像截取、圖像緩存、時序發(fā)生、總線接口等電路集于一體，它可以與單片機、DSP、通用I/O接口進行連接。DB200體積小，功耗低，特別適合用于電池供電。電路框圖結構如。圖像采集器DB200電路框圖圖像采集器的地址線A0、讀信號RD、寫信號WR和片選信號CE分別接SX52的RE03，數據線D0D7接到SX52的RD07，由SX52控制數據的傳輸。

　　網絡協(xié)議在SX52上的實現網絡接口芯片的配置共有4頁寄存器組，每頁寄存器組有16個寄存器。實際上網絡通訊也就是對這些寄存器進行設置，其中CR寄存器是控制命令寄存器，地址是00h，其結構如下所示：這個寄存器用來選擇寄存器頁，控制遠程DMA操作。在實際配置寄存器時，首先要進行寄存器頁的設置，指定配置的寄存器屬于哪一頁，然后對那頁中的寄存器寫入配置信息。要進行網絡通訊必須對網絡控制芯片初始化，初始化非常重要，它決定網絡通訊的一些重要參數，配置過程如下：初始化復位寄存器，地址1Fh，代碼如下：寫入數據；調寫子程序，把數據寫入選擇為用戶配置模式，然后對CR寄存器進行寫使能，再進行的配置寄存器設置。在第一頁中寫入網絡接口卡的硬件地址。以太網的地址為48位，由IEEE統(tǒng)一分配給網卡制造商，每個網卡的地址都是唯一的，共6B的長度。跟硬件地址有關的寄存器：PARO5，這幾個寄存器為網絡工作時用的物理地址寄存器，位于第一頁，共6B，這就是該網絡系統(tǒng)的地址。配置當前頁寄存器。寫時選擇第一頁07h寄存器，讀時選擇第二頁07h寄存器，配置第一頁寄存器組中接收緩沖區(qū)的大小。設置中斷寄存器（地址在第一頁的07h），設置接收配置寄存器（0C，RCR），設置發(fā)送配置寄存器（OD，TCR），設置數據配置寄存器（OE，DCR）。開始接收數據。

　　目標MAC地址是通過地址解析協(xié)議獲得的。所謂地址解析就是主機在發(fā)送幀前將目標IP地址轉換成目標MAC地址的過程。ARP協(xié)議的基本功能就是通過目標設備的IP地址，查詢目標設備的MAC地址，以保證通信的順利進行。在SX52芯片中設置一個固定大小的內存棧作為CACHE，這個內存棧維護一個IP地址到物理地址的映射表。這個棧能響應對方ARP請求，即在遠方主機探求自己的硬件地址時，能夠發(fā)送一個ARP響應分組，告訴對方自己的硬件地址，同時在內存棧中根據對方的IP地址查詢物理地址時，如果沒有相應的映射，就記錄下對方的IP地址和硬件地址，為以后發(fā)送IP分組做準備。同時這個內存棧有一個時鐘來控制，如果網絡長時間沒有活動，就把這一條記錄刪掉，以便節(jié)省內存。同時這個內存棧在不知道對方網絡硬件地址時，能夠發(fā)一個ARP請求，并且能對ARP響應進行解析，記錄下對方的IP地址和硬件地址。

　　這樣雙方就可以進行網絡通信了，如所示。整個過程分為接收過程和發(fā)送過程兩部分，在接收過程時，軟件讀取網絡物理幀，這個幀包含的可能是IP數據包，也可能是ARP包，其區(qū)分是靠幀的類型字段來識別的，若是IP包，則ARP軟件不處理，由IP軟件層來處理，若是ARP包，則區(qū)分是請求包還是響應包，然后根據兩種情況分別進行處理。但不管哪種情況，這個ARP表具體對應著單片機的一段內存空間。而發(fā)送過程是由上層軟件觸發(fā)的。例如在具體發(fā)送一個IP數據包時，要搜索ARP表，查找IP地址對應的MAC地址，若找到，則自動填充，若沒找到，則自動廣播一個ARP請求。期待獲得一個ARP響應，來解析對方的網絡硬件地址。網絡層、傳輸層協(xié)議的實現IP、TCP，UDP是網絡層、傳輸層的核心協(xié)議，其中TCP，UDP工作在傳輸控制層，而IP工作在網絡層，這兩層協(xié)議密切配合，實現數據的傳輸。實際選用傳輸層協(xié)議時，考慮到圖像的數據量大，實時性要求較高，并且對數據包的丟失要求不是很苛刻，所以選用了用戶數據包UDP（UserDatagramProtocol）協(xié)議。即最終把采集的圖像數據按UDP協(xié)議的格式打包，再傳給下層IP協(xié)議，最后經網絡接口芯片打包成以太網幀的格式發(fā)送。在系統(tǒng)中，嵌入式芯片SX52及外部接口模塊作為服務方，完成數據的采集和圖像傳輸任務。

　　網絡儀器的遠程控制通過以太網進行儀器控制并要經過復雜的協(xié)議轉換和處理，最后發(fā)到以太網上。在這一點上它會犧牲一些時間，但優(yōu)點也是很明顯的：它能夠利用現成的全球網在任何地方發(fā)送控制命令。發(fā)送命令時控制方需要把數據按照UDP，IP，ARP和底層的物理網絡層層打包，最后轉換成標準的以太網物理幀，然后通過路由器、網關等把數據傳送到要控制的主機�？刂品皆诎l(fā)出命令后，目標主機也要進行TCP/IP協(xié)議棧的處理，來還原數據所以必須根據協(xié)議的規(guī)定，把攜帶命令的數據包層層拆包，最后把命令解析出來，然后根據命令進行儀器的控制。最后嵌入式網絡圖像采集系統(tǒng)的協(xié)議實現流程如所示：開機后，系統(tǒng)進行初始化操作，主要是對網絡芯片進行配置。配置完后，系統(tǒng)處于等待狀態(tài)，直到客戶方有數據發(fā)送來。數據的接收是通過網絡接口芯片實現的，它能夠對網絡上的物理幀進行包過濾，即只接收和自己硬件地址一樣的物理幀，而扔掉與自己的硬件地址不一樣的物理幀。當然網絡接口芯片也可配置成混雜模式，這時，網絡接口芯片能接收局域網上的所有網絡包，然后把所有的包交給上層協(xié)議處理，由上層協(xié)議軟件交給不同的協(xié)議層處理。

　　系統(tǒng)客戶端軟件的設計C/S（Client/Server）模式又稱C/S結構，是軟件系統(tǒng)體系結構的一種。C/S模式是基于企業(yè)內部網絡的應用系統(tǒng)。網絡通信大多是基于C/S模式的，即客戶服務器模式。嵌入式系統(tǒng)為服務方，等待客戶的請求，提供數據和信息�？蛻舴绞强刂品�，根據需要可編制瀏覽控制軟件實現信息的交互。所以在PC機上編制的客戶軟件，除了能實現控制遠方服務器進行數據采集和圖像傳輸外，還能對傳輸過來的圖像進行重構再現。其過程是：客戶方提出請求，對應著雙方約定好的命令。服務方在驗證命令后，開始進行圖像的采集和發(fā)送，客戶方負責數據的收集和圖像的重現。在硬件上SX52控制DB200，使它完成圖像的采集，采集完成后存儲在SRAM中，然后SX52可以根據需要把采集的圖像數據經過協(xié)議棧處理，再通過底層的RTL8019AS發(fā)送到因特網上，完成數據的網絡發(fā)送。這樣通過網絡就可以在任何連網的地方進行圖像監(jiān)控了。雙方進行一幀圖像的交換流程如所示。結束語探討了嵌入式網絡儀器的設計和實現，并以遠程網絡圖像監(jiān)控系統(tǒng)為例，從硬件、軟件兩部分進行了系統(tǒng)的結構和具體實現。遠程網絡圖像監(jiān)控系統(tǒng)成功實現了用微控器進行系統(tǒng)控制，并能同時接入Internet，實現圖像的遠程實時傳送，具備遠程網絡控制、圖像傳輸、信息發(fā)布的功能。系統(tǒng)還可以通過轉接設備接入無線局域網，能進行無線數據傳輸，從而使嵌入式網絡化儀器的應用更方便、更靈活。

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