基于RTL8019AS的TCP/IP通信協(xié)議以太網(wǎng)的實現(xiàn)*

郭 靜，陳曉宇

（河南機電高等?？茖W校，河南 新鄉(xiāng) 453000）

RTL8019AS是我國臺灣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。三種省電控制特點使得RTL8019AS成為綠色PC系統(tǒng)網(wǎng)絡器件的理想選擇。全雙工功能使得RTL8019AS可通過雙絞線與全雙工以太網(wǎng)網(wǎng)關連接，進行同步收發(fā)。雖然ISO推出了網(wǎng)絡協(xié)議模型，并且實際應用中出現(xiàn)了多種網(wǎng)絡及協(xié)議，目前應用最廣泛的應該是TCP/IP協(xié)議。

1 以太網(wǎng)的構成

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網(wǎng)絡節(jié)點連接起來。我們生活中最常見的就是網(wǎng)線，一般是灰色的塑料皮，里面包有8根，4對不同顏色的導線。兩端接口處，使用RJ45接頭(也叫水晶頭)連接起來。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RJ45兩端的導線排列方式一致，實際使用時，一端接在PC機的網(wǎng)卡上，另一端接在HUB或者路由器上［1］。

1.2 物理層通信標準

在網(wǎng)線上進行傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，因此需要對這些信號進行組織，并且建立同步信號。通常將一組數(shù)據(jù)信號叫做一幀。目前物理層使用的通信標準是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齊，以保證整個幀的數(shù)據(jù)(除去前導位和幀起始位)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)點的MAC地址，一共6字節(jié)，由低位到高位分別用16進制表示，可在dos命令行中用ipconfig命令查詢本機的網(wǎng)卡地址。

2 TCP/IP協(xié)議

TCP/IP在整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的地位如圖2所示。

電子郵件協(xié)議:SMTP，遠程登錄協(xié)議:TELNET，RPC，文件傳輸協(xié)議:FTP，TFTP，WWW瀏覽協(xié)議:HTML(超文本標記語言)，網(wǎng)絡管理協(xié)議:SNMP，域名系統(tǒng):DNS，抽象語法記號:ASN.1，引導程序:BOOTP＆DHCP。查錯和控制報文協(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簡介

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

主要性能:

1)符號 Ethernet II與 IEEE802.3(10Base5、10Base2、10BaseT)標準;

2)全雙工，收發(fā)可同時達到10Mbps的速率;

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

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

5)支持 UTP、AUI、BNC 自動檢測，還支持對10BaseT拓撲結構的自動極性修正;

6)允許4個診斷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)部結構

RTL8019AS內(nèi)部可分為遠程 DMA接口、本地DMA接口、MAC(介質(zhì)訪問控制)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所用的實驗箱型號為:S3CEV40－I，Arm型號為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的對應到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的遠程DMA(地址10H～17H，任何一個都可)后，啟動發(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

對于網(wǎng)絡的分析，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Ethereal后，點擊圖8中紅色圓圈圈住的地方，進行基本配置，出現(xiàn)的配置界面如圖6示。

圖6 捕獲選項設置

如圖8所示，點擊下拉框的箭頭處，按照所使用的計算機的實際配置選擇網(wǎng)卡。設置好網(wǎng)卡后，點擊Start，軟件就開始抓包了，如圖7。

圖7 Ethereal正在抓取UDP包

點擊Stop，Ethereal停止，顯示抓到的數(shù)據(jù)包的分析結果，如下圖8所示。

圖8 對抓到的UDP數(shù)據(jù)報的分析結果

4 結果分析

對圖8所抓到的UDP數(shù)據(jù)報進行分析，可以更加深刻地理解以太網(wǎng)的通信原理。從0－5的6個字節(jié)數(shù)據(jù)是目的節(jié)點的MAC地址(此處是筆者所使用的PC機的網(wǎng)卡MAC)，UDP數(shù)據(jù)報進行分析見表1所示。

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

5 編程應用

在實際編程時，經(jīng)常用VC或VB等高級語言所提供的控件進行快速開發(fā)，如WinSocket等。在使用此類控件進行編程時，在程序調(diào)試時，程序員所能看到的數(shù)據(jù)僅僅是收到的應用數(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個字節(jié)的數(shù))。

如果下位機發(fā)送出去數(shù)據(jù)，PC機沒有反應，應該是下面幾方面的問題:

(1)物理連接不正常，網(wǎng)線沒有連接好。

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

(3)IP或者UDP的長度與實際長度不一致。

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

對于前三種情況，最好運行Ethereal進行抓包，如果沒有任何數(shù)據(jù)，說明物理連接有問題，使用萬用表或者網(wǎng)絡測試儀測試一下。如果數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)不對，Ethereal會指出錯誤所在，并給出正確的數(shù)據(jù)。

如果屬于第4種情況，在dos命令行運行arp–a命令，查看設置，如果沒有，這需要使用arp–s IP MAC根據(jù)實際情況進行設置，然后再調(diào)試程序即可。(此處設置的目的是告訴PC機，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的設置

6 結束語

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

［1］吳全玉，陳杰.基于RTL8019AS的單片機網(wǎng)絡通信接口設計［J］.現(xiàn)代電子技術，2008，(1).

［2］陳傳虎.基于RTL8019AS的串口與以太網(wǎng)接口轉(zhuǎn)換器的設計［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詳細配置［J］.現(xiàn)代電子技術，2007，(2).