基于Ethernet現(xiàn)場總線的多協(xié)議網絡通信系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

DM9000A是一款完全集成的和符合成本效益單芯片快速以太網MAC控制器與一般處理接口，一個10／100M自適應PHY和內部集成的16 KB的SRAM(其中13KB用作接收緩沖區(qū)，3 KB作為發(fā)送緩沖區(qū))，對內部存儲器訪問支持8位和16位數(shù)據接口以適用于不同的徽處理器；數(shù)據存取使用16bit模式時，理論最高速度可達800Mbit／s(但DM9000A被設計為100M以太網．因此最大速度被限定為100 Mbit／s)。DM9000A功耗非常低，單電源3．3 V工作，內置3．3 V變2．5 V電源電路，I／O端口支持3．3 V～5 V的容差。

2 軟件設計

2．1軟件結構設計

在單片機的方案中實現(xiàn)多種嵌人的協(xié)議棧，一個很大的問題是單片機的資源有限。并且基于網絡的環(huán)境．一定是多用戶多任務的環(huán)境，因此，要達到實時性的要求，需要合理實現(xiàn)多種協(xié)議棧的流程，在單片機的實現(xiàn)方案下。必須進行任務的優(yōu)化處理與調度。

本課題中以嵌入的SERCOSIII協(xié)議與TCP／IP協(xié)議棧實現(xiàn)為例，采用面向對象的編程思想，并重點介紹了SERCOS對象中SERCOSIII協(xié)議的實現(xiàn)與Main對象中以太同驅動程序的設計，如圖5為軟件模塊結構，而SERCOSIII協(xié)議與TCP／IP協(xié)議在系統(tǒng)中相應架構如圖6所示。圖5中設置的6種對象：

(1)kernel對象：是系統(tǒng)核心。封裝了程序任務區(qū)、任務調度塊，以及有關任務調度的相關過程，保證所有對象能夠快速有序地被執(zhí)行處理。

(2)Mac對象：是以太同數(shù)據幀處理核心。將接收到的數(shù)據及即將發(fā)送到的數(shù)據進行以太網解封與封裝處理任務。

(3)DM9000對象：封裝了有關硬件設備的數(shù)據處理(發(fā)送和接收)功能。每個硬件芯片生成一個對象。如采用兩片DM9000，則有兩個DM9000對象。

(4)Sercos對象：是SERCOS協(xié)議處理的核心。封裝了有關SERcos協(xié)議的全部數(shù)據處理過程，實現(xiàn)了SERCOSIII協(xié)議的初始化及運行。

(5)Tcpip對象：是TCP／IP協(xié)議處理的核心。封裝rARP、IP、ICMP、TCP、UDP和HTTP六種協(xié)議的數(shù)據處理過程，主要實現(xiàn)上層管理層PC機對底層現(xiàn)場設備的遠程訪問。

圖5軟件模塊結構圖

圖6軟件協(xié)議架構圖

2．2 Mac對象設計

系統(tǒng)軟件協(xié)議架構如圖6所示，在物理層與數(shù)據鏈路層的數(shù)據即為圖5的MAC對象，DM9000A從網絡端口列45接收到數(shù)據包進行數(shù)據的解封后數(shù)據再往上層傳輸時，CPU對端口讀取的數(shù)據則需進行判斷再分類處理。圖7所示為硬件上電后系統(tǒng)的初始化流程圖，首先清空串口接收緩沖區(qū)，接下來進行Globallnit()、Kemellint()、SERCOSIint()及本地MAc地址初始化，其中Globallmt()包括：串口UART0_Ini()、網卡芯片1DM90001_init()、網卡芯片2DM90002_init()、GPIO口GPIO_Init()及中斷的初始化；再加載任務驅動設備列表和加載系統(tǒng)定時器，其中加載任務驅動設備列表為：HTTP、IP、ICMP、ARP、SERCOS、Ethernet、Ping等協(xié)議的收發(fā)任務。最終系統(tǒng)進入一個任務處理的無窮循環(huán)，先查找TaskReadyFind(&TaskNo,ALL_TYPE。COMM_TYPE)是否有就緒任務等待執(zhí)行，該類任務是指(TCP／IP協(xié)議族)，如有則先執(zhí)行一個就緒任務，任務結束后進行Netflgl判斷，沒有就緒任務則直接進行Netflgl判斷，當其Netflgl大于等于1時，則證明網卡1接收到數(shù)據包，進而對包判斷，如果該數(shù)據包的站類型為從站且數(shù)據包為SERCOS包，則接收數(shù)據。當不能同時滿足數(shù)據包的站類型為從站且數(shù)據包為SERCOS數(shù)據這兩個條件時。再判斷站類型是否為最后從站，是則接收數(shù)據，不是則轉發(fā)數(shù)據且表明該包為TCP／IP協(xié)議族包。當Netflgl與Netfi92都為0時，則初始化SERC0SIII協(xié)議。

2．3 SERCOSIII對象設計

SERCOS(serial real time communication specification)是一種用于數(shù)字伺服和傳動系統(tǒng)的現(xiàn)場總線接口和數(shù)據交換協(xié)議，能夠實現(xiàn)工業(yè)控制計算機與數(shù)字伺服系統(tǒng)、傳感器和可編程控制器I／O口之間的實時數(shù)據通訊。SERCOS-III是SER-COS接口的最新版本，使用了工業(yè)以太網作為傳輸機制。由圖6可知，SERCOS協(xié)議在層次上相當于TCP／IP模型的3～5層。兩種協(xié)議的數(shù)據鏈路層和物理層是完全相同的，因此協(xié)議開發(fā)僅需針對模型3～5層分別處理即可。