單片機IP技術(shù)在智能小區(qū)系統(tǒng)中的應用

　　1．引言
　　
　　住宅小區(qū)智能化（或稱為"智能小區(qū)"）的概念是本世紀90年代引入國內(nèi)的，它是以家庭智能化為核心，包括遠程抄表，家庭防盜報警，醫(yī)療救助，家電控制等功能，采用系統(tǒng)集成方法，建立一個溝通小區(qū)內(nèi)部住戶之間、住戶與小區(qū)綜合服務中心之間、住戶與外部社會的綜合信息交互系統(tǒng)，從而為住戶營造一個安全、舒適、便捷、的居住和生活環(huán)境?，F(xiàn)行的智能小區(qū)系統(tǒng)多是以RS485、CAN總線、LONWORKS等總線進行聯(lián)網(wǎng)，布線復雜，沖突多，系統(tǒng)不夠穩(wěn)定且涉及到消防安全及成本的考慮。而以太網(wǎng)實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，布線簡單，且實現(xiàn)也比CAN、LONWOKS等更便宜，也更有利于小區(qū)智能化產(chǎn)品的兼容和統(tǒng)一。在當今計算機技術(shù)及信息技術(shù)不斷發(fā)展的情況下，以及人們對家居生活的需求及觀念上的變化，、電視、計算機三網(wǎng)有合一的趨勢，將來智能小區(qū)的發(fā)展必定是以太網(wǎng)的天下。所以針對當前行業(yè)的發(fā)展情況和趨勢，對于基于IP的以太網(wǎng)家庭智能終端的研究順應時代發(fā)展的潮流，有一定的現(xiàn)實意義。
　　
　　2．智能小區(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　
　　本文中提出的小區(qū)智能系統(tǒng)由小區(qū)計算機管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡交換設(shè)備、家庭智能終端（CDT）三個主要部分組成，網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖1所示：
　　
　　圖1系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖
　　
　　圖2用戶終端結(jié)構(gòu)圖
　　
　　小區(qū)管理系統(tǒng)是指安裝在小區(qū)管理中心，完成全小區(qū)內(nèi)用戶數(shù)據(jù)終端數(shù)據(jù)采集和處理的計算機系統(tǒng)，對于用戶數(shù)較多的系統(tǒng)，可以采用客戶機/服務器（C/S）結(jié)構(gòu)。小區(qū)管理系統(tǒng)分為監(jiān)控微機（Client）和服務器（Server）兩個部分，客戶端只作數(shù)據(jù)采集使用，數(shù)據(jù)的處理在服務器端進行。小區(qū)管理系統(tǒng)的功能包括：顯示用戶終端的上網(wǎng)狀態(tài)，接受并顯示住戶報警，讀取水電氣表數(shù)據(jù)并產(chǎn)生報表，報警日志處理，系統(tǒng)管理等。用戶數(shù)據(jù)終端：用戶終端用來與管理系統(tǒng)通訊、并完成對各種計量信號和報警信號的采集、應答主機的呼叫、回答上網(wǎng)狀態(tài)，并提供操作面板歡迎用戶查詢。
　　
　　3．用戶終端硬件結(jié)構(gòu)及RTL8019的配置
　　
　　3．1用戶終端結(jié)構(gòu)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：
　　
　　系統(tǒng)由兩塊單片機組成，一塊負責五表讀數(shù)、遙控器及安防信號的采集工作，另一塊負責驅(qū)動RTL8019通訊，并響應鍵盤及驅(qū)動液晶顯示。兩塊MCU之間通過串口通訊。
　　
　　3．2RTL8019的配置
　　
　　RTL8019是一款高度集成的以太網(wǎng)控制芯片，它有兩種operationmode：一種是跳線模式jumper，一種是非跳線模式jumperless，后者也支持PlugandPlay。在單片機中一般都采用跳線模式選項。I/O端口的基地址由單片機和8019之間的接線決定，P2.6=8019CS，低電平有效，則IO_BASE_ADDRESS＝0xBF00。此外8019還具有8個IRQ接口，本系統(tǒng)中沒用到IRQ，采用查詢方式。
　　
　　8019輸入輸出地址共32個，地址偏移量為00H--1FH（對應于BF00H--BF1FH）。
　　
　　其中00H--0FH共16個地址，為寄存器地址，寄存器分成4頁PAGE0--PAGE3，與NE2000兼容的寄存器只有3頁（Page0-Page2），為了保證驅(qū)動程序?qū)λ蠳e2000的網(wǎng)卡有效，不要去操作第四頁的寄存器。
　　
　　10H--17H共8個地址，為DMA地址。
　　
　　18H--1FH共8個地址，為軟復位端口。8019的硬件復位很簡單，只需在上電時對RSTDRV輸出一高電平就可以了。8019復位的過程將執(zhí)行一些操作，比如將93c46讀入，將內(nèi)部寄存器初始化等，至少需要2毫秒的時間。推薦等待更久的時間之后才對網(wǎng)卡操作，比如100毫秒之后才對它操作，以確保*復位。
　　
　　ICS16B=LOW時采用8位DMA操作模式，上面的地址中只有18個是有用的：00H--0FH共16個寄存器地址。10HDMA地址（10H--17H的8個地址是一樣的，都可以用來做DMA端口，只要用其中的一個就可以了）。1FH復位地址（18H到1FH共8個地址都是復位地址，每個地址的功能都是一樣的，只要其中的一個就可以了，但實際上只有18H、1AH、1CH、1EH這幾個復位端口是有效的，其他不要使用，有些兼容卡不支持19H、1BH、1DH等奇數(shù)地址的復位）。
　　
　　4．網(wǎng)卡驅(qū)動及TCP/IP協(xié)議棧的簡化
　　
　　從程序員的角度來說，對8019的操作是比較簡單的，驅(qū)動程序只需要將要發(fā)送的數(shù)據(jù)按一定的格式寫入芯片并啟動發(fā)送命令，8019會自動把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換成物理幀格式在物理信道上傳輸。反之，8019收到物理信號后將其還原成數(shù)據(jù)，按格式存放在芯片RAM中以便主機程序取用。簡言之就是8019完成數(shù)據(jù)包和電信號之間的相互轉(zhuǎn)換：數(shù)據(jù)包<===>電信號。以太網(wǎng)協(xié)議由芯片硬件自動完成，對程序員透明。驅(qū)動程序有3種功能：芯片初始化、收包、發(fā)包。
　　
　　4．1發(fā)送子程序
　　
　　bitTransmit（void）
　　
　　{
　　
　　CardCopyDown（）;
　　
　　XBYTE[IO_BASE_ADDRESS+NIC_COMMAND]=CR_NO_DMA|CR_STOP|CR_PAGE0;//停止8019
　　
　　XBYTE[IO_BASE_ADDRESS+NIC_INTR_STATUS]=0xFF;//屏蔽中斷
　　
　　XBYTE[IO_BASE_ADDRESS+NIC_XMIT_START]=XMIT_START;//設(shè)置發(fā)送開始地址
　　
　　XBYTE[IO_BASE_ADDRESS+NIC_XMIT_CONFIG]=TCR_NO_LOOPBACK;//設(shè)置為一般模式
　　
　　XBYTE[IO_BASE_ADDRESS+NIC_DATA_CONFIG]=DCR_FIFO_8_BYTE|DCR_NORMAL|DCR_BYTE_WIDE;//設(shè)置8位DMA模式
　　
　　XBYTE[IO_BASE_ADDRESS+NIC_XMIT_COUNT_LSB]=100;//設(shè)置發(fā)送字長
　　
　　XBYTE[IO_BASE_ADDRESS+NIC_XMIT_COUNT_MSB]=0;
　　
　　XBYTE[IO_BASE_ADDRESS+NIC_COMMAND]=CR_START|CR_XMIT|CR_PAGE0;//啟動8019
　　
　　return（TRUE）;
　　
　　}
　　
　　4．2接收子程序
　　
　　voidReceive（void）
　　
　　{
　　
　　XBYTE[IO_BASE_ADDRESS+NIC_COMMAND]=CR_NO_DMA|CR_STOP|CR_PAGE0;//停止8019
　　
　　Wait_xus（）;
　　
　　XBYTE[IO_BASE_ADDRESS+NIC_INTR_STATUS]=0xFF;//屏蔽中斷
　　
　　XBYTE[IO_BASE_ADDRESS+NIC_DATA_CONFIG]=DCR_FIFO_8_BYTE|DCR_NORMAL|DCR_BYTE_WIDE;//設(shè)置8位DMA方式
　　
　　XBYTE[IO_BASE_ADDRESS+NIC_RMT_ADDR_LSB]=0x00;//設(shè)置目的地址和長度
　　
　　XBYTE[IO_BASE_ADDRESS+NIC_RMT_ADDR_MSB]=PAGE_START;
　　
　　XBYTE[IO_BASE_ADDRESS+NIC_RMT_COUNT_LSB]=56;
　　
　　XBYTE[IO_BASE_ADDRESS+NIC_RMT_COUNT_MSB]=0x00;
　　
　　XBYTE[IO_BASE_ADDRESS+NIC_PAGE_START]=PAGE_START;//設(shè)置接收開始地址
　　
　　XBYTE[IO_BASE_ADDRESS+NIC_PAGE_STOP]=PAGE_STOP;//設(shè)置接收緩沖區(qū)長度
　　
　　XBYTE[IO_BASE_ADDRESS+NIC_BOUNDARY]=BOUNDARY;//設(shè)置接收邊界
　　
　　Wait_xus（）;
　　
　　XBYTE[IO_BASE_ADDRESS+NIC_RCV_CONFIG]=RCR_BROADCAST;//設(shè)置接收配置
　　
　　}
　　
　　4．3協(xié)議的精簡
　　
　　單片機中TCP/IP的實現(xiàn)與PC機不同，在PC里可支持比較完整的TCP/IP協(xié)議，但在單片機里無法做到，這是因為單片機根本沒有足夠的代碼空間來支持這些協(xié)議。一般在單片機里實現(xiàn)與需要有關(guān)的部分，而不使用的協(xié)議則一概不支持。例如文件共享SMB協(xié)議，在UNIX、WINDOWS都支持，但單片機上卻沒有必要。一般只能在單片機中實現(xiàn)：ARP、IP，ICMP、TCP/UDP這些協(xié)議，而更高層的協(xié)議，HTTP、SMTP、FTP一般是不需要支持的。雖然有些單片機例如AVR上網(wǎng)方案實現(xiàn)了這些協(xié)議，但實用性不太。因為單片機應用的TCP/IP協(xié)議大多是為了完成數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸，而不是網(wǎng)頁瀏覽、文件傳輸這些功能。另外由于單片機資源的有限性，對某一協(xié)議而言，也有可能要作簡化。本系統(tǒng)中實現(xiàn)的協(xié)議只有ARP、IP、ICMP、UDP。
　　
　　a．ARP：MCU只響應主機對它的ARP請求，但不主動發(fā)送ARP請求。
　　
　　b．ICMP：只實現(xiàn)一種ICMP信息，即ICMP回應信息。
　　
　　c．IP：IP包zui大可達65k，單片機中無法存放如此大的數(shù)據(jù)包，因此一般不支持分段，以發(fā)送小數(shù)據(jù)的方式來避免分段。
　　
　　5．結(jié)束語
　　
　　智能小區(qū)是21世紀小康住宅發(fā)展的形式和主流，它的出現(xiàn)是房地產(chǎn)業(yè)和計算機、網(wǎng)絡、通訊和控制等技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。基于TCP/IP的以太網(wǎng)技術(shù)更是推動智能小區(qū)標準化和數(shù)字化的關(guān)鍵所在。本文以基于TCP/IP技術(shù)的智能小區(qū)家庭智能終端系統(tǒng)的研究為例，詳細講述了RTL8019網(wǎng)卡芯片的驅(qū)動方法，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)成功地運用于多個小區(qū)，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)智能小區(qū)系統(tǒng)低廉的造價、簡潔的布線更使得基于TCP/IP的以太網(wǎng)技術(shù)成為了替代傳統(tǒng)現(xiàn)場總線技術(shù)的一種重要手段。