郭 靜，陳曉宇

（河南機(jī)電高等專科學(xué)校，河南 新鄉(xiāng) 453000）

RTL8019AS是我國(guó)臺(tái)灣Realtek公司生產(chǎn)的一種高集成度的以太網(wǎng)控制器，適用于即插即用NE2000可兼容適配器，并具有全雙工和省電特點(diǎn)。三種省電控制特點(diǎn)使得RTL8019AS成為綠色PC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)器件的理想選擇。全雙工功能使得RTL8019AS可通過(guò)雙絞線與全雙工以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)連接，進(jìn)行同步收發(fā)。雖然ISO推出了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模型，并且實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)了多種網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議，目前應(yīng)用最廣泛的應(yīng)該是TCP/IP協(xié)議。

1 以太網(wǎng)的構(gòu)成

1.1 傳輸介質(zhì)

所謂的傳輸介質(zhì)，就是用什么辦法將各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)。我們生活中最常見(jiàn)的就是網(wǎng)線，一般是灰色的塑料皮，里面包有8根，4對(duì)不同顏色的導(dǎo)線。兩端接口處，使用RJ45接頭(也叫水晶頭)連接起來(lái)。通常網(wǎng)線有兩種類型:直通網(wǎng)線和交叉網(wǎng)線。所謂的直通網(wǎng)線就是RJ45兩端的導(dǎo)線排列方式一致，實(shí)際使用時(shí)，一端接在PC機(jī)的網(wǎng)卡上，另一端接在HUB或者路由器上［1］。

1.2 物理層通信標(biāo)準(zhǔn)

在網(wǎng)線上進(jìn)行傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)，因此需要對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行組織，并且建立同步信號(hào)。通常將一組數(shù)據(jù)信號(hào)叫做一幀。目前物理層使用的通信標(biāo)準(zhǔn)是802.3，它定義的每幀中的各域如圖1所示。

圖1 802.3幀格式

填充位可變，如果數(shù)據(jù)域的數(shù)據(jù)小于46字節(jié)，那么就由填充位將不夠的部分補(bǔ)齊，以保證整個(gè)幀的數(shù)據(jù)(除去前導(dǎo)位和幀起始位)為60字節(jié)。目的MAC地址為此幀要發(fā)送到的MAC地址(此地址全球唯一)，源MAC地址為發(fā)送本節(jié)點(diǎn)的MAC地址，一共6字節(jié)，由低位到高位分別用16進(jìn)制表示，可在dos命令行中用ipconfig命令查詢本機(jī)的網(wǎng)卡地址。

2 TCP/IP協(xié)議

TCP/IP在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的地位如圖2所示。

電子郵件協(xié)議:SMTP，遠(yuǎn)程登錄協(xié)議:TELNET，RPC，文件傳輸協(xié)議:FTP，TFTP，WWW瀏覽協(xié)議:HTML(超文本標(biāo)記語(yǔ)言)，網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議:SNMP，域名系統(tǒng):DNS，抽象語(yǔ)法記號(hào):ASN.1，引導(dǎo)程序:BOOTP＆DHCP。查錯(cuò)和控制報(bào)文協(xié)議:ICMP，組播協(xié)議:IGMP，地址解釋協(xié)議:ARP，RARP，路由協(xié)議:GGP，SPF，EGP，RIP，OSPF 等。

圖2 TCP/IP協(xié)議

3 RTL8019AS

3.1 RTL8019AS簡(jiǎn)介

由臺(tái)灣Realtek公司生產(chǎn)的RTL8019AS以太網(wǎng)控制器，由于其優(yōu)良的性能、低廉的價(jià)格，使其在市場(chǎng)上10Mbps網(wǎng)卡中占有相當(dāng)?shù)谋壤?/p>

主要性能:

1)符號(hào) Ethernet II與 IEEE802.3(10Base5、10Base2、10BaseT)標(biāo)準(zhǔn);

2)全雙工，收發(fā)可同時(shí)達(dá)到10Mbps的速率;

3)內(nèi)置16KB的SRAM，用于收發(fā)緩沖，降低對(duì)主處理器的速度要求;

4)支持8/16位數(shù)據(jù)總線，8個(gè)中斷申請(qǐng)線以及16個(gè)I/O基地址選擇;

5)支持 UTP、AUI、BNC 自動(dòng)檢測(cè)，還支持對(duì)10BaseT拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的自動(dòng)極性修正;

6)允許4個(gè)診斷LED引腳可編程輸出;

7)100腳的PQFP封裝，縮小了PCB尺寸。

3.2 RTL8019AS內(nèi)部結(jié)構(gòu)

RTL8019AS內(nèi)部可分為遠(yuǎn)程 DMA接口、本地DMA接口、MAC(介質(zhì)訪問(wèn)控制)邏輯、數(shù)據(jù)編碼解碼邏輯和其他端口。

4 RTL8019AS與S3C44B0X或TMS320LF2407的連接

4.1 系統(tǒng)連接

此次調(diào)試RTL8019AS所用的實(shí)驗(yàn)箱型號(hào)為:S3CEV40－I，Arm型號(hào)為S3C44B0X。與RTL8019AS的連接如圖3所示。

圖3 S3C44B0X與RTL8019AS的連接圖

由上圖可以看出，地址線的 A13－9連接到RTL8019AS的SA［4－0］，另外片選線通過(guò)74LV138接到RTL8019AS的AEN引腳。若使CS7為0，必須nGCS1=0(A25=1)，A20=1，A19=1，A18=0，即RTL8019AS 的基地址為 0000，0010，0001，10000，0000，0000，0000，0000B，即 RegAdd(Base)=2180000H。

由于SA0連接到A9，所以RTL8019AS的對(duì)應(yīng)到S3C44B0X的地址必須右移9位，即:

4.2 發(fā)送數(shù)據(jù)

按照下圖4格式向RTL8019AS的遠(yuǎn)程DMA(地址10H～17H，任何一個(gè)都可)后，啟動(dòng)發(fā)送命令，RTL8019AS就按照802.3的格式發(fā)出數(shù)據(jù)幀。

圖4 向RTL8019AS發(fā)送數(shù)據(jù)的格式

從RTL8019AS接收到的數(shù)據(jù)的幀格式如圖5。

圖5 RTL8019AS接收幀格式

4.3 調(diào)試

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的分析，必須查看物理連接是否正確，然后再查看幀的各域數(shù)據(jù)是否完整、正確。完成這一功能的軟件，稱為抓包工具，常用的是Ethereal。Ethereal的使用如下:

安裝完成后，打開(kāi)Ethereal后，點(diǎn)擊圖8中紅色圓圈圈住的地方，進(jìn)行基本配置，出現(xiàn)的配置界面如圖6示。

圖6 捕獲選項(xiàng)設(shè)置

如圖8所示，點(diǎn)擊下拉框的箭頭處，按照所使用的計(jì)算機(jī)的實(shí)際配置選擇網(wǎng)卡。設(shè)置好網(wǎng)卡后，點(diǎn)擊Start，軟件就開(kāi)始抓包了，如圖7。

圖7 Ethereal正在抓取UDP包

點(diǎn)擊Stop，Ethereal停止，顯示抓到的數(shù)據(jù)包的分析結(jié)果，如下圖8所示。

圖8 對(duì)抓到的UDP數(shù)據(jù)報(bào)的分析結(jié)果

4 結(jié)果分析

對(duì)圖8所抓到的UDP數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行分析，可以更加深刻地理解以太網(wǎng)的通信原理。從0－5的6個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)是目的節(jié)點(diǎn)的MAC地址(此處是筆者所使用的PC機(jī)的網(wǎng)卡MAC)，UDP數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行分析見(jiàn)表1所示。

注:Ethereal把所有經(jīng)過(guò)所選擇網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)包全部抓取，并分析顯示。

5 編程應(yīng)用

在實(shí)際編程時(shí)，經(jīng)常用VC或VB等高級(jí)語(yǔ)言所提供的控件進(jìn)行快速開(kāi)發(fā)，如WinSocket等。在使用此類控件進(jìn)行編程時(shí)，在程序調(diào)試時(shí)，程序員所能看到的數(shù)據(jù)僅僅是收到的應(yīng)用數(shù)據(jù)，比如使用UDP協(xié)議，只能看到UDP數(shù)據(jù)域中的數(shù)據(jù)(即是表3中的6個(gè)字節(jié)的數(shù))。

如果下位機(jī)發(fā)送出去數(shù)據(jù)，PC機(jī)沒(méi)有反應(yīng)，應(yīng)該是下面幾方面的問(wèn)題:

(1)物理連接不正常，網(wǎng)線沒(méi)有連接好。

(2)發(fā)出的數(shù)據(jù)幀格式不正確，或者校驗(yàn)和數(shù)據(jù)不對(duì)。

(3)IP或者UDP的長(zhǎng)度與實(shí)際長(zhǎng)度不一致。

(4)IP地址不在同一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)，或者目的MAC地址與接收方的MAC地址不一致。

對(duì)于前三種情況，最好運(yùn)行Ethereal進(jìn)行抓包，如果沒(méi)有任何數(shù)據(jù)，說(shuō)明物理連接有問(wèn)題，使用萬(wàn)用表或者網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀測(cè)試一下。如果數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)不對(duì)，Ethereal會(huì)指出錯(cuò)誤所在，并給出正確的數(shù)據(jù)。

如果屬于第4種情況，在dos命令行運(yùn)行arp–a命令，查看設(shè)置，如果沒(méi)有，這需要使用arp–s IP MAC根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置，然后再調(diào)試程序即可。(此處設(shè)置的目的是告訴PC機(jī)，它的數(shù)據(jù)包的目的MAC和IP地址)，如圖9所示。

圖9 目的MAC、IP的設(shè)置

6 結(jié)束語(yǔ)

本文以基于TCP/IP技術(shù)終端系統(tǒng)的研究為例，詳細(xì)講述了RTL8019AS網(wǎng)卡芯片的實(shí)現(xiàn)方法，并給出了單片機(jī)中TCP/IP協(xié)議的精簡(jiǎn)方案。本系統(tǒng)已經(jīng)在實(shí)踐中得到較好的應(yīng)用，其可行性、可靠性和靈活性已經(jīng)得到證實(shí)，并且基于以太網(wǎng)系統(tǒng)低廉的造價(jià)、簡(jiǎn)潔的布線更使得基于RTL8019AS的以太網(wǎng)技術(shù)成為了替代傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的一種重要手段。

［1］吳全玉，陳杰.基于RTL8019AS的單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信接口設(shè)計(jì)［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2008，(1).

［2］陳傳虎.基于RTL8019AS的串口與以太網(wǎng)接口轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)［J］.電子工程師，2008，(5).

［3］蘇錦秀，楊慶江，張廣璐.以太網(wǎng)控制芯片RTL8019AS詳細(xì)配置［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2007，(2).