单片机实现串口协议的网络化

　网卡RAM区如图2所示，我们设置PSTART和PSTOP,就决定了接收区域在46和7F之间，剩下6页作为发送缓冲区，可以满足一次发送容量为1514byte的最大以太网数据包的要求。CURR初始值设为47,BNRY初始值设为46。当收到新的数据包时（例如3页），网卡将它们依次放到47、48和49页，CURR自动指向4A页。当我们读完这3页的数据包后，要将BNRY改为49,以通知网卡数据包已经读完了。

　　网卡芯片接收到以太网数据包后，存在CURR指向的页面中。一个数据包可以占据一页，也可以占据多页。在接收包的包头里，保存有该包的信息。包头格式如表1:

　　读完这个包头，我们就能知道本包的接收状态，包长度，以及下一个包的位置。在接收循环中，检查中断状态寄存器ISR状态，发现有新包来，先读取包头信息，接着按照包头指示读取全包，然后改写BNRY,再接着读下一个包，这样循环，直到达到CURR位置。注意，一个包有可能占据接收缓冲区的首、尾页面，此时须小心读取。

　　发送数据包比较简单，将准备好的数据用DMA传到发送缓冲区，然后设置发送长度到TBCR1和TBCR0中，再设置传输开始页面，即令TPSR=0x40,最后，使CR=0x26,就开始传送了。

　　传送完成后要清掉中断状态寄存器ISR的发送完成标志。值得注意的是，发送包的包长度不能小于以太网规定的60byte,否则网卡不会将其发出。

　　3　TCP/IP协议在单片机上的软件设计

　　3.1　TCPIP协议栈和链路层格式

　　Internet上使用的是TCP/IP协议簇，由下至上包含四层：数据链路层、网络层（IP）、传输层（TCP）和应用层。我们在单片机上能实现的是数据链路层的功能，上层协议鉴于单片机有限的资源，只能实现部分功能。TCP/IP协议栈如表2:

　　数据链路层处于协议栈的最低层，传输以太网的物理传输帧，其帧格式如表3：

　　数据链路层是所有TCP/IP包的基础，所有它上层的包都被封装到链路层帧的数据段中。链路层就是MAC对MAC的通信。

　　3.2　PING命令在单片机上的实现

　　PING是网络层（IP层）的命令，网络层就是IP对IP之间的通信。主机对一个目标IP地址发出状态请求，后者发出回应，这样，就可以用来检查两者之间的线路是否畅通。这里涉及到两个网络层协议：

　　ARP和ICMP。首先，网络中要知道目标IP的MAC地址，才能发送数据。为了获取该地址，我们向整个网络发送一个ARP广播包，询问该IP对应的MAC地址，然后目标IP应答，我们就从应答信息中得到MAC地址。其次，发送一个ICMP包，请求目标IP状态，目标IP回应，就完成网络连接测试。在我们的实验中，发出PING命令的是网络中的PC主机，接收信号并产生响应的是我们的单片机系统。我们假定单片机系统控制的网卡的IP为192.168.0.176。

　　第一步，实现ARP协议。ARP协议是AddressResolutionProtocol（地址解析协议）的缩写，它的作用是将IP地址转换成物理地址（就是常说的MAC地址）。协议ARP的分组格式如表4:

　　当单片机主处理器处理网卡收到的ARP广播请求时，如果发现是请求“192.168.0.176”的MAC地址，于是按要求打一个ARP应答包，将自己的MAC地址放到应答包中，发送回网络就完成了PING的第一步。注意，要在应答包尾加18byte的补丁，否则应答包长度不满足最小60byte的要求。

　　第二步，实现ICMP协议。ICMP是“InternetControlMessageProtocol”（Internet控制消息协议）的缩写。用于在IP主机、路由器之间传递控制消息。控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。这些控制消息虽然并不传输用户数据，但是对于用户数据的传递起着重要的作用。

　　ICMP是封装在IP协议中，所以有IP包头。

　　ICMP协议结构如表5：

　　网络主机在收到ARP的应答包后，取出其中的MAC地址，然后向该MAC发出ICMP请求。主处理器处理该请求时，将请求包的标识和序列号对应填入ICMP应答包，其它部分按要求填写。校验和的计算有成熟的公式，容易计算，只要先把校验和部分置0,将包头的计算结果再填入校验和就可以了。

　　最后将该ICMP应答包送入网络，这样就完成了PING的全过程。此时，发出PING命令的网络主机就会得到“Replyfrom192.168.0.176:bytes=32time10msTTL=128”的信息。

　　4　串行数据与网络的数据交换的讨论

　　网络层之上，有两种传输层协议：TCP（Trans2missionControlProtocol）和UDP（UserDatagramProtocol）。对于数据传输要求高的场合，需要使用TCP协议作为双方通信方式，但此种方式较为复杂。而对于一些实时信号及其反向控制信号的传递，实现UDP协议就可以满足要求了。表6是UDP协议结构：

当原始数据从串口送到到主处理器后，主处理器将其打包成UDP报文，发送到网