TCP/IP in51单片机

单片机如何控制以太网网卡进行传输数据，如何加载TCP/IP协议连接到互联网，这些都是一些令人感兴趣的问题。 ——可以说以太网和TCP/IP协议已经成为使用最广泛的协议，而其它总线协议如RS485、RS232，CAN，LANWORKS，都只是一些局部系统的总线。 ——围绕以太网而制造的集线器，交换机已进入大小公司，企业，家庭。我现在在众达天网公司，由于公司是搞电脑防火墙的，所以对网络的接触也越来越多，我研究的主要是网络的底层，并掌握了很多网络分析工具如（SNIFFER），对以太网和TCP/IP协议的研究就更加深入了。 ### TCP/IP 在 51 单片机中的应用与实现 #### 一、绪论 在探讨单片机如何控制以太网网卡并利用TCP/IP协议接入互联网之前，我们首先需要理解几个基本概念。 **单片机**，通常指的是微控制器单元（MCU），是一种集成在一个芯片上的微型计算机系统，它可以用来控制各种设备或系统。本篇重点讨论的是51系列单片机，这是非常流行且广泛应用于各种领域的微控制器之一。 **以太网**和**TCP/IP协议**是现代网络通信的基础。以太网作为一种局域网技术，通过物理介质（如双绞线）将多台设备连接起来，使它们能够相互通信。而TCP/IP协议栈则定义了在网络中如何传输数据包的标准方法，包括IP层负责寻址和路由选择、TCP层提供可靠的端到端数据传输等。 #### 二、以太网协议详解 ##### 1. **以太网的物理传输帧** 以太网的物理传输帧结构如下所示： - **PR (Preamble)**：56位的同步序列，用于时钟同步和指示传输速率。 - **SD (Start Delimiter)**：8位的起始分隔符，用于区分同步位与实际数据。 - **DA (Destination Address)**：48位的目的MAC地址。 - **SA (Source Address)**：48位的源MAC地址。 - **TYPE**：16位的数据类型标识，用于识别上层协议。 - **DATA**：数据部分，最大长度为1500字节。 - **PAD**：可选填充字段，用于确保最小帧长度。 - **FCS (Frame Check Sequence)**：32位的循环冗余校验码，用于检测传输错误。 ##### 2. **关键字段解析** - **DA (Destination Address)**：目标MAC地址。如果是全1（`FFFFFFFFFFFF`），则表示广播地址。 - **SA (Source Address)**：源MAC地址，标识发送方的网卡地址。 - **TYPE**：类型字段，根据数值来确定上层协议。例如，`0800H`表示IP数据包；`0806H`表示ARP数据包；`814CH`为SNMP数据包；`8137H`为IPX/SPX数据包。 - **DATA**：实际的数据负载部分。由于以太网规定整个传输包的最大长度不能超过1514字节（包括14字节的DA、SA和TYPE），因此数据部分不能超过1500字节。 - **FCS**：32位CRC校验码，由网卡自动计算并在数据段后填入，用于检测传输错误。 #### 三、单片机控制以太网网卡 在实际操作中，单片机需要通过特定的接口与以太网网卡进行通信，实现数据的发送和接收。常见的以太网网卡有NE2000兼容型等。51系列单片机可以通过串行接口（如SPI）或者并行接口来控制网卡。 ##### 1. **硬件连接** - 单片机与以太网网卡之间需要通过合适的接口连接。例如，使用SPI接口时，需要配置好MISO、MOSI、SCK和SS信号线。 - 对于NE2000兼容型网卡，通常会有专门的寄存器用于配置工作模式、读取状态等。 ##### 2. **软件实现** - **初始化**：配置网卡的基本参数，包括设置MAC地址、初始化TCP/IP协议栈等。 - **发送数据**：将数据打包为以太网帧格式，通过网卡发送出去。 - **接收数据**：网卡接收到数据后，需要解析出以太网帧，并提取出有用的信息。 #### 四、TCP/IP协议栈的应用 ##### 1. **IP协议** IP协议位于TCP/IP模型的网络层，主要功能是负责数据包的寻址和路由选择。 - **IPv4地址**：由32位二进制组成，通常表示为四组十进制数字（如`192.168.1.1`）。 - **子网掩码**：用于划分IP地址的空间，确定网络地址和主机地址部分。 ##### 2. **ICMP协议** ICMP（Internet Control Message Protocol）主要用于网络故障排查和诊断，如Ping命令就是基于ICMP实现的。 - **Echo Request**：发送一个ICMP请求报文，等待对方回应。 - **Echo Reply**：接收到Echo Request后返回一个回应报文。 ##### 3. **ARP协议** ARP（Address Resolution Protocol）用于解决同一个局域网内的IP地址到MAC地址的映射问题。 - **ARP Request**：广播形式发送，询问特定IP地址对应的MAC地址。 - **ARP Reply**：单播形式发送，告知查询者IP地址对应的MAC地址。 ##### 4. **TCP协议** TCP（Transmission Control Protocol）位于传输层，提供面向连接的可靠数据传输服务。 - **三次握手**：建立连接的过程。 - **四次挥手**：断开连接的过程。 #### 五、总结 通过本文的介绍，我们可以了解到单片机控制以太网网卡并加载TCP/IP协议连接到互联网的基本原理和技术细节。在实际应用中，还需要结合具体的硬件平台和应用场景来进行相应的设计和优化。此外，随着技术的发展，诸如100M甚至1000M的高速以太网卡也在逐渐普及，这对于单片机的应用来说既是挑战也是机遇。