基于单片机和以太网的嵌入式联网模块的设计
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【摘要】 随着物联网时代的到来，嵌入式技术和网络技术已完全融合。基于单片机和以太网的嵌入式联网模块可以将现有设备快速方便地接入网络，解决了嵌入式设备与以太网络的连接问题，从而实现远程控制、远程数据通信等功能。设计包括三部分，分别是硬件设计、网卡驱动程序和精简协议栈UIP的嵌入。
【关键字】 单片机 以太网 精简协议栈
Embedded Network Module Design Based on MCU and Ethernet
Xiu Jianxin，Han Hongtao East University of Heilongjiang， Computer Science and Electrical Engineering Department
Abstract：With the coming of Internet of things，embedded technology and network technology already complete fusion.The embedded network module based on MCU and Ethernet can quickly and easily access network thought the existing equipment，and solve the connection problem of embedded devices and Ethernet， so as to realize remote control， remote data communication and other functions.The design includes three parts， which are the hardware design， the driver program of the network card driver and the UIP of the protocol stack.
Keywords：MCU；Ethernet； UIP
基于单片机和以太网的嵌入式联网模块采用串口连接方式，能够实现即插即用，使用方便。本设计采用单片机、网卡控制器等硬件，通过软件编程实现了网卡的驱动和精简的协议栈UIP的嵌入[1]。从而实现了以太网的接入，达到了低成本、高可靠连接网络的目的。本设计包括三部分，具体内容如下。
一、硬件设计
嵌入式联网模块的硬件设计是整个联网模块的基础，主要涉及到单片机和网卡控制器接口设计[2]。硬件采用了8位单片机、以太网控制器芯片Realtek 8139C/D、网络变压器、地址锁存器、外部RAM、串行EEPROM和串口芯片MAX232。硬件设计的电路比较简单，器件价格也较低廉，达到了低成本的目的。具体的硬件设计图如下图1所示。
二、网卡驱动程序设计
网卡驱动程序包括网卡芯片的初始化、报文发送和报文接收三部分[2]。Realtek 8139C/D的初始化主要是上启动芯片后设置相关的寄存器，寄存器主要包括指针位置、地址寄存器、发送寄存器、接收寄存器、数据寄存器和中断屏蔽寄存器等。报文发送包括缓冲区选定、设置报文长度、复制数据和发送报文等步骤。报文接收包括到达判断、数据校验、接收数据和协议解析等步骤。报文发送和接收过程如图2和图3所示。
三、精简协议栈UIP的嵌入
TCP/IP协议的程序流程复杂、容量大、稳定性差，不适合嵌入式系统的开发。因此先将TCP/IP协议进行简化，实现ARP、IP、ICMP和TCP协议的简化。然后将精简协议栈UIP嵌入到单片机中[3]，步骤如下。
（1）将UIP协议栈的代码架构文件，保存在默认目录中。（2）网卡驱动程序的初始化、报文发送和报文接收程序的设计。（3）ARP和TCP定时器程序的设计。（4）UIP初始化文件的配置。（5）主程序完成以上程序的调用。
四、结论
基于单片机和以太网的嵌入式联网模块完成了硬件的设计、驱动程序的设计和UIP精简协议栈的嵌入三部分内容，实现了单片机接入以太网，进而实现了远程数据的控制和通信。
该联网模块结构简单、造价低廉、稳定性好、使用方便，具有广泛的应用价值。
参 考 文 献
[1]吴强.基于单片机的以太网嵌入式控制器设计[J].《微计算机信息》， 2008， 24（8）： 55-56
[2]宋有泉.嵌入式PCI网卡驱动程序的设计与优化 [J]. 《计算机工程》， 2007， 33（2）： 264-266
[3]李伟勤. UIP协议栈在CC2430芯片上的移植研究[J].《微计算机信息》， 2012，25 （9）： 50-51