基于TCP /IP 的单片机网络接口硬件设计
曾红娟1 吴兴华2
(1.江西吉安802台，江西吉安343000;2.江西吉安801台，江西吉安343000)
摘 要：设计主要任务是采用单片机控制网络接口芯片实现以太网接口，以便控制系统通过以太网实现网络化。最重要的是嵌入式T CP/IP 协议在8位单片机上的实现，从而达到实现嵌入式以太网接口的目的。嵌入式以太网的实质是在嵌入式系统的基础上实现网络化，使嵌入式系统能够实现T CP/IP 网络通信协议，接入以太网。本设计详细介绍用硬件方式将嵌入式系统与T CP/IP 协议融合到一起。
关键词：单片机;T CP/IP；嵌入式；以太网
中图分类号:TP        文献标识码:A        文章编号:1672 3198(2010)11 0285 02
1 引言
单片机已经渗透到我们生活的各个领域，几乎很难到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理等等。当今单片机厂商琳琅满目，产品性能各异。常用的单片机有很多种:Intel8051系列、M otorola 和M 68H C 系列、Atmel 的AT89系列、Cygnal 系列、台湾Winbond (华邦)W78系列、荷兰Pilips 的PCF80C51系列、M icrochip 公司的PIC 系列等。本设计选用Cygnal 系列的80C52单片机，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容。
2 硬件总体设计
整个设计需要的主要元件有:Cygnal 80C52单片机,RT L8019AS 芯片,74H C573锁存器,M AX232串行通信器,32KB RAM 62256
存储器,20F001网络变压器,93C46,RJ -45水晶头等，原理框图如图1所示。
图1 硬件结构原理图
80C52单片机作为整个嵌入式系统的实时控制核心，用RT L8019AS 作网络控制，采用74H C573进行数据保存，使用62256进行内存扩展，选择20F001作为隔离滤波器件,MAX232进行串行通信。用80C52单片机控制RT L8019AS 实现以太网结点通讯的功能。三、单片机与以太网的RTL8019AS 设计
RT L8019AS 内部可分为远程DMA 接口、本地DM A 接口、MAC(介质访问控制)逻辑、数据编码解码逻辑和其他端口。内部结构如图2所示。2.1 内部RAM 地址空间分配
RT L8019AS 内部有两块RAM 区。一块16K 字节，地址为0x4000~0x7fff；一块32字节，地址为0x0000~0x001f 。RAM 按页存储，每256字节为一页。一般将RAM 的前12页(即0x4000~
0x4bff)存储区作为发送缓冲区，后52页(即0x4c00~0x7fff )存储区作为接收缓冲区。第0页
图2 RTL8019AS 内部结构
只有32字节，地址为0x0000~0x001f，用于存储以太网物理地址。
2.2 I/O 地址分配
RT L8019AS 具有32位输入输出地址，地址偏移量为00H~1FH 。其中00H ~0FH 共16个地址，为寄存器地址。寄存器分为4页:PAGE0、PAGE1、PAGE2、PAGE3，由RT L8019AS 的CR(命令寄存器)中的PS1、PS0位来决定要访问的页。但与NE2000兼容的寄存器只有前3页,PAGE3是RT L8019AS 自己定义的，对于其他兼容NE2000的芯片如DM9008无效。远程DM A 地址包括10H ~17H ，都可以用来做远程DMA 端口，只要用其中的一个就可以了。复位端口包括18H~1FH 共8个地址，功能一样，用于RT L8019AS 复位。
2.3 RT L8019AS 接口电路
如图3所示,RTL8019AS 的硬件连接主要涉及到三个部分：第一，工作模式及相关配置。第二，与M CU 的连接。第三，传输介质的连接。RTL8019AS 的总线接口是与ISA 总线兼容的，也就是说，与单片机能够直接相连。
用到的主要芯片有80C52、RTL8019AS 、93C46(64 16bit 的EEPROM )、74H C573(8位锁存)、62256(32K 字节的RAM )。为分配好地址空间，采用对93C46进行读(或写)操作来设置RT L8019AS 的端口I/O 基地址和以太网物理地址。
如图4所示,93C46是采用4线SPI 串行接口的Serial EEPROM，容量为1Kbit(64 16bit)，主要保存RT L8019AS 的配置信息。00H ~03H 的地址空间用于存储RT L8019AS 内配置寄存器CONFIG1~4的上电初始化值；地址04H ~11H 存储网络节点地址即物理地址；地址12H ~7FH 内存储即插即用的配置信息。RTL8019AS 通过引
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图3 RTL8019AS 的原理图
脚EECS 、EESK 、EEDI 控制93C46的CS 、SK 、DI 引脚，通过EEDO 接收93C46的DO 引脚的状态。RT L8019AS 复位后读取93C46
的内容并设置内部寄存器的值，如果93C46中内容不正确,RTL8019AS 就无法正常工作。先通过编程器如ALL07把配置好的数据写入93C46，再焊入电路。
图4 93C46原理图
对93C46进行数据配置：数据00H 写入93C46的地址00H 内;93C46地址04H~0AH
中存放的是物理地址，可以写入设置所需的物理地址值，或不修改，采用原始值为物理地址。通过编程器读出04H~0AH 的原始值为52544CC59906，即所采用的物理地址。
这样,RT L8019AS 复位后读取93C46中配置好的内容，对应设置配置寄存器CONFIG1的值为00H ,CONFIG1的低4位IOS3~0用于选择I/O 基地址。IOS3~0设置值均为0时,RT L8019AS 选择的端口I/O 基地址为300H 。
RT L8019AS 的地址为20位，那么用到RT L8019AS 的地址空间为00300H ~0031FH ，用二进制表示00300H ~0031FH 。RTL8019AS 的20根地址线SA0~SA19。
通过ADDR15、I/OW 、I/OR 来划分RTL8019AS 和62256的地址空间。ADDR15接62256的CE 脚，低电平时选择62256；高电平时选择RT L8019AS 的地址空间,80C52单片机的地址为16位。定义reg00~reg1f 来对应端口00300H ~0031FH 。
#define reg00XBYT E[0x8000]/*300H */#define reg01XBYT E[0x8001]/*301H */!!
#define reg1f XBYTE[0x801F]/*31FH */
用10BASE-T 布线标准通过双绞线进行以太网通讯，而RT L8019AS 内置了10BASE-T 收发器，所以网络接口的电路比较简单。外接一个隔离LPF 滤波器0132,T PIN ∀为接收线,T POUT ∀为发送线，经隔离后分别与RJ-45接口的RX ∀、TX ∀端相连。
时钟电路通过T 1、T 2接口一个20MH z 晶振以及2个
电容，实现全双工方式。
LED0、LED1、LED2各接一发光二极管以反映通讯状态:LED0表示LED_COL，即通讯有冲突;LED1表示LED_RX，即接收到网上的信息包;LED2表示LED_TX，即发送本机信息包。
3 网络隔离电路
除了通讯所需I/O 数字滤波器和隔离变换器外,RT L8019AS 内部拥有进行基于10BaseT 的数据收发功能所需的数字和模拟电路。因此，一个外部的网络隔离变压器对于绞线接口与RTL8019AS 是必须的。选择20F001作为隔离滤波器件，它起的主要作用是：隔直流通交流，避免双绞线上的直流电平干扰网卡芯片(RT
L8019AS)的工作点；同时，利用变压器自身的通频带限制高频干扰。它在一块网卡上所起的作用主要有传输数据和隔离连接不同网络设备间的不同电平，以防止不同电压通过网线传输损坏设备。电路图如图5所示。
图5 网络隔离电路图
4 MAX232串行通信电路
本设计涉及串行通信方式:RS  232。针对RS-232串口电平转换电路，采用MAXIM 公司的MAX232芯片。它是日本MAX 公司为为串行口Rs-232生产的专用芯片。在单5V 供电条件下，将0/5V(T TL 电平}转换为+10V/-1OV(RS232电平),+10-10V(RS232电平)转换为0/5V (T TL 电平)。能直接替代传统的接口芯片
tcp ip协议简要分析论文MCl488和MC1489，并省去∀12V 电源，使用极为方便。串行接口电路如图6所示。
图6 MAX232电路图
PCRXD 和PCT XD 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。
5 接收数据
当有数据从RJ-45过来，网卡芯片产生外部中断，请求单片机进行处理。单片机芯片对数据报进行分析，如果是ARP(物理地址解析)数据包，则程序转入ARP 处理程序。如果是IP 数据包则进一步判断是哪个协议向IP 传送数据。如果是ICMP 协议，判断是否为Ping 请求，是则应
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图7
接收数据流程图
图8 发送数据流程图
作者简介：丁迪(1984-)，男，湖北武汉人，湖北工业大学管理学院硕士研究生，研究方向为电子商务。
答，不是丢弃该数据包；如果是T CP 或U DP 协议，且端口正确则按相应的协议处理数据，端口不正确丢弃数据包。接收数据框图如图7所示。
6 发送数据
在单片机内部，程序完成对数据的打包解包。系统复位后，系统首先发送ARP 请求，建立地址映射，并内部中断进行定时更新。单片机芯片根据情况将采集或收集到的数据按照T CP 协议或U DP 协议格式打包，送入网卡芯片，由网卡芯片将数据输出到局域网中。89C52将调用UDP 或TCP 打包程序来封装数据并送入RT L8091AS 的缓存中去。将待发送的数据按帧格式封装，通过远程DMA 通道送到RT L8019AS 中的发送缓存区，然后发出传送命令，完成帧的发送。需要设置以太网目的地址、以太网源地址、协议类型，再按所设置的协议类型来设置数据段。之后启动远程DMA，数据写入RT L8019AS 的RAM ，再启动本地
DMA，将数据发送网上。发送数据流程图如8所示。
RT L80AS19接收到的数据通过MAC 比较、CRC 校验后，由FIFO 存到接收缓冲区；收满一帧后，以中断或寄存器标志的方式通知主处理器。FIFO 逻辑对收发数据作16字节的缓冲，以减少对本地DM A 请求的频率RT L8019AS 无法将整个数据包通过DMA 通道一次存入FIFO，则在构成一个新的数据包之前必须先等待前一数据包发送完成。为提高发送效率，设计将12页的发送缓存区分为两个6页的发送缓存区，一个用于数据包发送，另一个用于构造端的数据包，交替使用。参考文献
[1]尚晨旭，柴燕.用单片机实现以太网卡通信的设计[J ].电子工程,
2006.
企业信息门户单点登录系统体系结构设计
陈 氢 丁 迪
(湖北工业大学管理学院，湖北武汉430068)
摘 要：提出了一种新型的单点登录模型，分析了该模型的体系架构，并对各个模块的工作原理进行了详细的阐述。为单点登录模型及其安全机制提供了一个完整的系统实现，改进了原有模型所建立的单点登录系统的可行性与安全性。
关键词：信息门户；登录系统；单点登录
中图分类号:TP        文献标识码:A        文章编号:1672 3198(2010)11 0287 02
1 引言
随着信息系统的发展，电子商务对传统的企业信息系统带来了一定的冲击，对于目前庞大的企业信息门户系统，信息安全越来越受到重视，用户的身份验证无疑是信息安全第一个环节，其重要性也是无容置疑的。本文设计了一套适用于多种企业应用的单点登录系统模型，分析了基于SSL 安全链路的单点登录的设计和实现，包括单点登录系统的整体结构的设计、基于数字证书的身份认证、可信任的第三方认证机构的设计、安全链路的通信协议设计和实现，最后在以上各点的基础上进行整合最终实现单点登录。
2 SSO 体系结构设计
在体系结构上我们引入了一个第三方的信任机制，分散性管理使得口令的安全性很低，被截取和破解的几率更高，而且存在更多不确定因素。并且各个系统都建立起一个统一的基于信任原则的第三方信任验证机制。也就是第三方的数字证书认证系统，他也成为各个系统以及用户之间基于认证的前提以及进行信息传递的基础。
数字证书可以用来在一个不信任的网络上相对安全的辨识一个服务器，而各个子系统只需检验系统间以及用户的数字证书，分析其权限的范围和等级就能够进行权限的分配，从而使得各方能够进行系统的登录并在对应的权限范围内进行商务活动。它是通过自身的注册审核体系，通过对用户和系统的身份进行登记并分配仅仅针对个体的证书，使得用户的身份信息和权限与其本身的属性相符，从而使得用户仅仅在允许的范围内进行信息的读取和输入。
通过SSL 技术我们可以将一个开放式的网络环境虚拟成为一个相对独立在特定空间内的安全连接。用户与服务器之间通过握手将密钥和数字证书通过验证就能够进行数据的加密，双方以一个安全的方式进行数据传送。单点登录的设计模型如图1所示。
此模型主要由用户以及CA 认证服务器两个部分组成，用户通过与CA 认证服务器建立连接提出登录请求,CA 认证服务器根据用户证书特征在LDAP 服务器中到用户证书的路径，再将用户的数字证书从数
字证书数据库中查出来进行单点登录。
3 第三方权威认证机构设计
为保证信息门户中各个系统之间的信息的传输安全，在通信传输中除了运用加密算法等措施之外还必须考虑用户信息认证的问题，在复杂的系统环境下必须建立一种统
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