1、本 科 生 毕 业 论 文题 目： 基于 Internet 的远程监控系统设计 院 系： 信息科学与技术学院电子系 二 九 年 五 月摘 要科技的发展必然使人类的生活越来越自动化，足不出户却可以决胜于千里之外，这就需要借助于两样东西，一是现场监控系统，二是 INTERNET。本文介绍了一种简单的典型的基于 INTERNET 的远程监控系统，但它包括了基本的远程监控系统基本思想与一般架构。此远程监控系统的核心是经典的 51 系列单片机，它作为系统的大脑，是系统的神经中枢，另一个必不可缺的就是 W5100芯片，此芯片内部集成了 TCP/IP 协议栈、以太网介质访问层（MAC）和物理层（PHY） ，
2、扮演着通讯员的角色，负责系统与外界的沟通，在现场与控制台之间搭建了一个方便快捷的桥梁。其它的还包括温度检测芯片以及若干个 LED 灯管。整个系统选材较少，因此具有功耗低、价格低廉、稳定性强、开发简单、体积小的优点，低廉的配置也有使此方案对于大部分人来说实现起来也是一件容易的事。此外，本系统实现了可以在终端通过 IE 浏览器访问系统、监控系统的模式，使远程监控更方便更人性化。关键字：远程监控；W5100；TCP/IP 协议；嵌入式服务器AbstractAs the developing scientific technology, persons life become easier and m
3、ore automatic, people can finish something even they are miles away from the scene. All of this is by the help of two things, one is scene control system, and the other one is internet. There is something about the simple remote control system based on internet in this study, and the basic configura
4、tion and classic way to carry out of a remote control system will be included. The major thing or the key of this system is a classic 51 micro control unit. It is the brain of this system. Another most important thing of this system is W5100 Internet chip, which brings TCP/IP protocol, MAC, PHY toge
5、ther. The W5100 chip helps the system to communicate with internet. What else, the system includes a chip to detect the scene temperature. So in a word, this system is an ideal solution of Intelligent Household system that easy to develop, stability, low cost, with little size and low power dissipat
6、ion, what else, this system can be displayed and controlled by IE browser, it makes the remote controlling more convenience.Keywords: remote system; W5100; TCP/IP protocol; embed server 目 录第一章 绪 论 11.1 嵌入式系统概述 11.2 嵌入式 INTERNET .31.3 远程监控系统发展现状与趋势 41.4 论文研究意义 5第二章 监控系统硬 件实现 72.1 51 单片机管理模块 .82.2 网络芯
7、片 W5100.92.2.1 W5100 特点 92.2.2 W5100 引脚 102.2.3 W5100 存储器映像 132.2.4 W5100 寄存器 .142.2.5 W5100 与 MCU 的连接方式 15第三章 远程监 控系统程序设 计与实现 193.1 W5100 程序部分 193.1.1 W5100 的初始化 193.1.2 W5100 实现 TCP 通信 .203.1.3 W5100 实现 UDP 数据通信 .253.2 主体程序 26第四章 系统 仿真 285.1 EVB-W5100/MCS51 与 PC 的连接 .295.2 演示软件测试 305.3 演示总结 31第五章
8、结 论 33参考 文献 34致谢 35附 录 36附录 1 W5100 初始化程序 .36附录 2 W5100 服务器模式程序 .41第 1 章 绪论1.1 嵌入式系统概述对于大多数人来说，谈起现代化电子产品的时候都会第一时间想到计算机，或者更确切地说是想到 PC，因为对他们来说 PC 机已经是和他们形影不离了。但是他们都忽略了比 PC 更广泛应用的一种现代化电子产品，那就是嵌入式系统。各种微处理器应用的数量远远地超过了 PC 上应用的 X86 处理器，而微处理器绝大部分是用在嵌入式系统中的，因此可以说嵌入式系统已经成为了人们生活中不可或缺的一分子了。在现代社会生活中，我们不仅仅需要那种放在桌
9、上处理文档、进行工作管理的计算“机器” ，我们还可能拥有大小不一、形状各异的嵌入式电子产品，小到手机、MP3、PDA 等微型数字产品，大到网络家电、车载电子设备等。目前，各种各样的新型嵌入式系统设备在应用数量上已经远远超过了通用计算机。在工业和服务领域，使用嵌入式技术的数字机床、工业机器人、服务机器人等正在逐渐改变着传统的工业生产和服务方式。嵌入式系统可以这样定义：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。一般来说，嵌入式系统由处理器、存储器、输入/输出设备和软件(包括操作系统和应用程序)4 部分组成，如图
10、 1-1 所示。OUTPUT INPUT 图 1-1：嵌入式系统的组成应用程序操作系统处理器存储器软件结构硬件结构嵌入式系统与 PC 比较如下表 1-1 与表 1-2 ：设备说明 嵌入式系统 PCCPU 嵌入式系统（ARM,68K 等） CPU（INTEL 的 Pentium, AMD 的 Athion 等）内存 SDRAM 芯片 SDRAM 或 DDR 内存条内存设备 Flash 硬盘输入设备 按键、触摸屏 鼠标、键盘、麦克风输出设备 LCD 显示器声音设备 音频芯片 声卡接口 MAX232 等芯片 主板集成其它设备 USB 芯片、网卡芯片 主板集成或外接卡嵌入式系统 PC引导代码 Boot
11、 loader 引导，针对不同电路进行移植主板的 BIOS 引导，无须改动操作系统 LINUX,WINCE,UCOS 等，需要移植WINDOWS,LINUX 等，不需要移植驱动程序 每个设备驱动都必须针对电路板进行重新开发或移植，一般不能直接下载使用操作系统含有大多数驱动程序，或从网上直接下载使用协议栈 需要移植 操作系统由第三方供应商提供开发环境 借助服务器或 PC 进行交差编译在本机就可以开发调试仿真器 需要 不需要表 1-1：嵌入式系统与 PC 硬件上的比较表 1-2：嵌入式系统与 PC 软件发及开发平台上的比较从上面两个表格可以很容易看出嵌入式操作系统与 PC 之间存在着很大的差异，两
12、者的最大区别在于嵌入式系统性具有“软硬件可裁剪性”的灵活性，可以根据各种具体的现场实现千差万别的特定功能。嵌入式系统同 PC 系统相比有以下特点：1. 功耗低、体积小、专用性强。嵌入式本身就是为特定的用户或特定的功能量身定做的，所以它能把 PC 中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化。2. 为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统的软件一般都固化在存储器芯片中，而不是存储于磁盘等载体中。3. 可靠性高。嵌入式系统对软件代码的要求很高，应尽最大可能避免“死机”的发生，因为“死机”很可能导致系统的崩溃或造成严重后果。4. 嵌入式系统的开发需要专门的开发工具和开发环
13、境 1。1.2 嵌入式 INTERNET介绍了嵌入式系统与 PC 既有共性也有个性，具体的应用可以根据实际工作而选择使用嵌入式系统还是普通的 PC 机。或者还有一种方法就是把两者结合起来，各取所长，从而合成一个更完美的系统，那就是基于 Internet 的嵌入式系统，而如今世界上无所不在的 Internet 则是把二者结合起来的重要桥梁。下面将要介绍的是 Internet 在嵌入式系统中的应用。网络在人们生活中的作用是不容置疑的。随着网络的发展，网络已经深入到人类生活的各个方面，网络就像覆盖在地球表面的电子皮肤，它大大的改变了我们的工作方式和生活方式。21 世纪是一个网络化的世界，这不仅是指通
14、过计算机网络形成了全球化的 Internet，而且还包括我们身边的楼宇自动化系统、家庭电器产品、智能仪表及工业过程控制等通信网络。若能将 Internet 网络技术延伸到电子设备或控制网络并使之互连，将 Internet 的应用范围扩大到任何需要网络的地方，使之增加许多新的、有价值的、超越局域网的服务功能，必然会让我们的世界变得更加自动化和智能化。家庭电器产品和工业设备绝大部分都采用单片机或微控制器 MCU 来进行数据处理，使用嵌入式系统来实现控制功能。智能楼宇、工业过程等在这些芯片的基础上，使用特定的协议如 Lon Works、CAN 等组成独立的、自成一体的控制网络。如果能将嵌入式系统连接
15、到 Internet 上，则可以方便、价格低廉地将信息传送到几乎世界上的任何一个角落，进而进行远程监控。嵌入式 Internet 就是在这种背景下产生的，它依托于工业以太网技术而构建，是 Internet 技术、Web 技术和嵌入式技术的有机融合。嵌入式 Internet 技术是指电子设备通过嵌入式模块接入 Internet，以 Internet 为介质实现信息交互的技术。嵌入式 Internet 不仅是一种设备接入技术，而且是一种异构网络互连技术。通过 Web 技术和嵌入式技术可将设备接入到 Internet 以实现远程的监控、诊断、测试、管理及维护等功能 2。当前，为了满足世界上越来越多的
16、 Internet 用户，Internet 的 IP 协议正处于在 IPv4 协议到 IPv6 协议的过渡时期。随着嵌入式 Internet 的发展，越来越多的嵌入式设备都将需要接入 Internet 进行信息交互。因此，现有的 IP 地址资源将受到严重挑战，IP 地址资源的短缺将成为嵌入式 Internet 发展的瓶颈。IPv6 主要用于解决 IPv4 地址资源短缺的问题，IPv4 的地址域长度是 32 位，而 IPv6 的地址长度为 128 位，因此，IPv6 能够提供足够多的 IP 地址，当然可以为每个嵌入式系统设备提供接入 Internet 的 IP 地址。随着 IPv6 协议的逐渐应
17、用，IP 地址资源的缺乏将得到彻底的改善，嵌入式 Internet 也将得到更进一步的发展 3。不久的将来，各种嵌入式系统与 PC 机的关系也会因为有 Internet 这座桥梁而越来越密不可分，彼此取长补短，从而构成一个更全面的嵌入式系统。1.3 远程监控系统发展现状与趋势远程监控系统的发展很大程度上依赖于网络的发展。目前，接入 Internet的方式有很多，有以太网、ISDN、ADSL、电话接入等方式。其中以太网协议已经非常广泛地应用于各种计算机网络，包括办公室局域网、工业控制网络、因特网、智能家居等场合。以太网作为一种廉价、高效的 Internet 接入方式已经得到广泛的应用，并且还在不
18、断地发展。所以通过以太网接入方式实现嵌入式 Internet 具有现实意义。嵌入式系统通过以太网接入 Internet 主要有如下三种解决方案：1. 32/64 位高端嵌入式系统+RTOS（实时操作系统）的实现方式。该方案采用高端的 32/64 位微控制器上运行实时多任务操作系统，以实时操作系统作为软件平台，在实时多任务操作系统上直接实现 TCP/IP 协议，从而实现嵌入式 Internet。目前常见的此类实时操作系统有 NUCLEUS、LINUX 等等，由于系统自带 TCP/IP 协议，因此实现起来比较容易。2. PC 网关+专用网的实现方式。采用专用的网络把若干个嵌入式仪器连接在一起，然后
19、再把该网络与 PC 机连接起来，将 PC 作为网关，由 PC 机把网络上的信息转化为 TCP/IP 协议数据包，发送到 Internet 上实现信息的共享11。3. 8 位单片机+网络接口控制器直接接入 Internet 的实现方式。由网络控制器实现网络接口，由主控制器执行存储在系统 ROM 中的协议代码来提供所需的通信协议。该方案最突出的特点就是成本较低廉，但是软件设计复杂，需要对 TCP/IP 协议有深入的了解和研究。基于 Web 方式是实现远程监控的一个趋势。随着信息技术和网络技术的发展，Internet 在过去得到了飞速地发展，并围绕着 Internet 出现了许多新的技术和新的应用。
20、WWW 系统就是在这种形势下，作为网络化信息服务的基础迅速地发展起来的。WWW 是一个基于 Internet 的全球连接的、分布的、动态的、多平台的交互式超媒体信息系统。它利用多种协议传输，能检索分布在世界各地 WWW 服务器的信息资源。在基于 Web 的远程监控系统中，客户端使用通用的 Web 浏览器，通过 Internet 对生产现场进行监控。这种方案具有显着的优点：1) Internet 技术发展至今，在开放性、通用性、易用性和安全性方面都具备了成熟可靠的技术。2) 不需要开发专门的客户端软件，将应用程序集中在服务器上，大大减少了客户端开发的工作量，而且易于扩充和修改。3) 系统具有统一
21、的用户界面，用户不再需要为不同的控制系统安装不同的客户软件，也不再需要针对不同的客户软件进行不同的培训，任何得到授权的用户都可以使用 Web 浏览器来对现场进行实时监控。4) 控制网络和数据网络的信息得以集成，有利于信息管理 4。1.4 论文研究意义目前主流的嵌入式远程监控系统一般都需要专门的嵌入式处理器与嵌入式实时操作系统的支持下完成的，要求的处理器也较高端如常见的 ARM 微处理器以及 LINUX 实时操作系统。而本文实现的嵌入式远程监控系统则不需要另外的操作系统的支持，而且使用普通的 51 单片机芯片作为处理器中央处理器，硬件上就节约了很大的成本。由于 W5100 内部集成了全硬件的、且
22、经过多年市场验证的 TCP/IP 协议栈、以太网传输层（MAC ）和物理层（PHY） 。硬件TCP/IP 协议栈支持 TCP， UDP，IPV4，ICMP，ARP，IGMP 和 PPPOE，这些协议已经在市场上好多领域经过了多年的验证。因此它可以不需要考虑以太网的控制而只需要进行简单的端口（SOCKET）编程就可以实现接入网络的功能，实现没有操作系统的 INTERNET 连接 5。第二章 监控系统硬件实现本文设计的远程监控系统分为系统管理模块 MCU，系统通信模块W5100，系统现场监控模块即数据采集模块及显示模块，先由现场数据采集模块（温度检测）接收现场信息然后发送到 MCU，再通过 W51
23、00 芯片传送到INTERNET 上去。客户端就可以用 IE 浏览器访问到这些数据。本系统的硬件架构如下图 2-1 所示：图 2-1：系统架构图其中，RJ45接口是带有网络变压器的物理层接口。在 W5100中，通过将SEN 引脚经10K 电阻上拉到高电平以使能其处于 SPI 从模式。CS 为片选，MISO 和 MOSI 为两条数据传输线，用于数据的传输与接收。W5100 的 SPI 工作时钟由处于主模式 AT89S52提供。此外，为了方便 AT89S52判断 W5100的工作状态，必须将 W5100的中断引脚 INT 与 AT89S52的外部中断线相连接。W5100的第5 、6、8和9引脚是
24、PHY 信号线，用于与 RJ45接口相连接。除电源相关引脚外，W5100 的其它引脚可以选择置空，总的说来，系统连接简单，极大减小了电路板的复杂度与连接出错率 6。 远程控制端温度传感器MCU W5100 RJ45浏览器因特网系统中没有外加的 TCP/IP 协议程序，TCP/IP 协议栈由 W5100来支持，它集 TCP/IP 协议栈、以太网 MAC 和 PHY 为一体，其内部16KB 的发送/ 接收缓冲区可快速进行数据交换，最大通信速率达到25Mbps；内嵌10BaseT/100BaseTX 以太网物理层，支持自动应答；提供多种总线接口方式，可以很方便地与各种 MCU 连接，简化了硬件电路设
25、计，使嵌入式系统在没有操作系统的支持下，真正实现单芯片接入因特网的理想。为减少 PCB 板面积和布线复杂性，考虑到系统的数据传输率要求不高，选择 SPI 接口作为 AT89S52和 W5100的连接方式。 AT89S52、W5100和 RJ45接口构成一个典型的嵌入式Web 服务器，实现简单，成本低廉 7。下面从各个部分介绍本系统的具体情况。2.1 51 单片机管理模块本文使用的是 AT89S52 芯片。AT89S52 是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS 8 位单片机。片内含 4K BYTES 的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和 128 bytes 的随机存取器（
26、RAM ） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位中央器（CPU）和 Flash 存储单元，功能强大 AT89S52 单片机可为你提供许多高性价比的应用场合，可灵活运用于各种控制领域。它的主要性能特点包括：1）与 MCS51 单口指令系统完全兼容。2）4K 字节可重擦写 Flash 闪存储器。3）1000 次擦写周期。4）全静态操作：0 24 MHz 。5）三级加密程序存储器。6）128*8 字节内部 RAM。7）4 个 8 位可编程 I/O 端口。8）2 个 16 位定时/计时器。9）6 个中断源。10）可编程串行 U
27、ART 通道。11）低功耗空闲掉电模式 12。2.2 网络芯片 W5100图 2-2 ：W5100 实物W5100 内部集成以太网物理层 RTL8201CP 核、全硬件且经过多年市场验证的 TCP/IP 协议栈、以太网介质访问层（MAC ）和物理层（PHY）为一体。W5100 的硬件 TCP/IP 协议栈支持TCP、UDP、CMP、IGMP、IPv4、ARP 、PPPOE 、Ethernet 等网络协议；支持4 个独立的 Socket 通信，内部还集成有 16K 字节的发送/接收缓冲区可快速进行数据交换，最大通信速率达到 25Mbps；提供多种总线（两种并行总线和 SPI 总线）接口方式，使用
28、 W5100 不需要考虑以太网的控制，只需进行简单的端口（Socket）编程就可以很方便地与各种单片机连接。2.2.1 W5100 特点1） 支持硬件化 TCP/IP 协议：TCP、UDP、ICMP、 IGMP、PPPOE 、以太网。2） 内嵌 10BaseT/100BaseTX 以太网物理层。3） 支持自动通信握手（全双工和半双工） 。4） 支持自动 MDI/MDIX，自动校正信号极性。5） 支持 ADSL 连接（支持 PPPOE 协议中的 PAP/CHAP 认证模式） 。6） 支持 4 个独立端口同时运行。7） 不支持 IP 的分片处理。8） 内部 16KB 存储器用于数据发送 /接受缓存
29、。9） 0.18um CMOS 工艺。10）3V 工作电压，I/O 口可承受 5V 电压。11）80 脚 LQFP 小型封装。12）环保无铅封装。13）支持 SPI 模式 0、3 接口。14）多功能 LED 信号输出（TX、RX、全双工/半双工、地址冲突、连接、速度等）。2.2.2 W5100 引脚图 2-3 W5100 引脚1）MCU 接口信号列表：表 2-1：MCU 接口信号2）以太网接口信号：表 2-2：以太网接口信号3）其它接口信号：4）电源接口信号：5）时钟接口信号：6）LED 信号：表 2-3：其它接口信号表 2-4：电源接口信号表 2-5：时钟接口信号2.2.3 W5100 存储
30、器映像W5100 内含公共寄存器，端口寄存器，发送存储器以及接收存储器，如下图所示：图 2-4：W5100 存储器映像2.2.4 W5100 寄存器1）公共寄存器：表 2-6：LED 信号 公共寄存器保存的是各个端口（Socket）都通用的参数如：网关，本机 IP和本机物理地址等。 MR（模式寄存器）：该寄存器用于软件复位、Ping 关闭模式、PPPOE 模式以及间接总线接口。 GWR(网关 IP 地址寄存器)：该寄存器设置默认网关。 SUBR(子网掩码寄存器)： 该寄存器用来设置子网掩码(Subnet mask)值。 SHAR(本机物理地址寄存器)：该寄存器用来设置物理地址。 SIPR(本机
31、 IP 地址寄存器) ：该寄存器用来设置本机 IP 地址。 IR(中断寄存器) ：CPU 通过访问该寄存器获得产生中断的来源。任何中断都可以被中断屏蔽寄存器(IMR)中的位屏蔽。当任何一个未屏蔽中断位为“1”，INT 的信号保持低电平。只有当所有未屏蔽的中断位为 0 时，INT 才恢复高电平。可产生中断的原因包括：IP 地址冲突（ CONFLICT） ，目标 IP地址不可达(UNREACH)，PPPOE 连接关闭，端口 03 中其中一个中断(S n _INT)。 IMR(中断屏蔽寄存器)：对应 IR 中断的屏蔽，当对应位为“0”则中断不能产生。 RTR（重发时间寄存器）：该寄存器用来设置溢出的
32、时间值。每单位 100微秒。 RCR（重发计数寄存器）：该寄存器的数值设定可重发的次数。若重发次数超过设定值则产生超时。 RMSR（接收存储器空间大小寄存器）：该寄存器配置 4 个 Socket 端口的接收缓存大小，默认值为 0x55，即每个端口 2K 缓存。 TMSR（发送存储空间大小寄存器）：该寄存器配置 4 个 Socket 端口的发送缓存大小，默认值为 0x55，即每个端口 2K 缓存。 PATR（PPPOE 模式下的认证类型）： 在与 PPPOE 服务器连接时，改寄存器指示已经被通过的安全认证方法。W5100 支持 PAP 和 CHAP。 PTIMER（PPP LCP 请求计时寄存器
33、）： 该寄存器表示发出 LCP Echo所需要的时间间隔。每单位约 25ms。 PMAGIC（PPP LCP 模数寄存器）：该寄存器用于 LCP 握手时采用的模数选项。 UIPR（不可到达的 IP 地址寄存器）：不可到达的 IP 地址寄存器。 UPORT（不可到达的端口号寄存器）：不可到达的端口号寄存器 11。2.2.5 W5100 与 MCU 的连接方式W5100 与 MCU 的连接方式主要有直接总线连接、间接总线连接、 SPI 总线连接这三种连接方法，不同的连接方法适应于不同的场合，应该按需选择最恰当的连接方式。1）直接总线连接：直接总线连接方式是最直观的一种连接方式，它采用 15 位地址
34、线，8 位数据线，另加/CS，/RD，/WR 及/INT 等信号线。如图 2-5 所示：图 2-5：W5100 与 MCU 直接总线接口方式2）间接总线连接：采用 2 位地址线，8 位数据线，另加/CS,/RD,/WR 及/INT 等信号线。214这十三根没用到的地址线通过电阻接地。如图 2-6 所示：图 2-6：W5100 与 MCU 间接总线接口方式间接总线接口相关的寄存器说明如表 2-7 所示：数值 符号 说明0x00MR它选择间接总线接口，以及地址自动增加。0x010x02IDM_AR0IDM_AR1间接总线模式下的地址寄存器，只在大端模式（Big-endian）下使用。0X01 0X
35、02IDM_AR0:MSB IDM_AR1:LSB例：读取端口 0 的命令寄存器SO_CR(0X0401),则0x01(IDM_AR0) 0x02(IDM_AR1)0X04 0X010x03 IDM_DR 间接总线接口模式下的数据寄存器读/写内部寄存器或存储器的过程： 将要读写的地址写入到 IDM_AR0 和 IDM_AR1 寄存器表 2-7：间接总线接口相关寄存器 再从 IDM_DR 寄存器读写数据如果要对某个地址的顺序读写 ,则可以将模式寄存器 MR 的 AI 置“1”, 然后执行一次上述第 1 项 后 ,再读 IDM_DR,IDM_AR 的值将自动加 1。这样,只需要连续对 IDM_DR
36、 读写 ,数据就可以连续地读出或写入。MCU 与 W5100 以间接总线方式接口时应注意： W5100 的 SEN 引脚必须通过一个 10K 的电阻接地，选择 W5100 的总线接口方式。 W5100 的 SCLK、SCS、MOSI 和 MISO 四根信号线可以悬空，只使用D0D7，A0/A1 及 CS，WR，RD，A2A14 短路连接后通过一个 10K 的电阻接地。 W5100 的 INT 引脚是中断输出，MCU 需要根据该信号来判断 W5100 的工作状态。 LINKLED 是 W5100 输出的以太网物理层的信号，MCU 需要根据该信号判断以太网的联接是否正常。该信号一般需要上拉输入到
37、MCU。 W5100 的SPDLED，FDXLED，COLLED 可以根据需要选择是否需要输入到 MCU8。3）SPI 总线接口方式：串行接口模式只需要 4 个引脚进行数据通信。这 4 个引脚的定义分别为：SCLK，/SS， MOSI，MISO。利用 W5100 的 SPI_EN 引脚选择 SPI 操作。如图2-7 所示：图 2-7：W5100 与 MCU 的 SPI 连接方式MCU 与 W5100 以 SPI 方式连接时应注意： W5100 的 SEN 引脚必须通过一个 10K 的电阻接到高电平，选择 W5100 的SPI 接口方式。 W5100 的 D0D7，A0A14 及 CS，WR，R
38、D 可以悬空，只使用SCLK，SCS，MOSI 和 MISO 四根信号线。 W5100 的 INT 引脚是中断输出，MCU 需要根据该信号来判断 W5100 的工作状态。 LINKLED 是 W5100 输出的以太网物理层的信号，MCU 需要根据该信号判断以太网的联接是否正常。该信号一般需要上拉输入到 MCU。 W5100 的 SPDLED，FDXLED，COLLED 可以根据需要选择是否需要输入到 MCU2。第三章 远程监控系统程序设计与实现本章主要介绍系统的软件部分的实现方法，包括 W5100 的编程实验 TCP传输与 MCU 的编程实现数据处理，下面先分开来介绍各个程序的实现方法。3.1
39、 W5100 程序部分通过设置寄存器与存储器，就可以把 W5100 与 INTERNET 连接起来进行数据通信，下面将一步步地介绍设置寄存器与存储器的方法。3.1.1 W5100 的初始化利用 W5100 进行数据通信前必须先要对它进行初始化， 。其初始化包括以下部分： 模式寄存器（MR ） 。 中断屏蔽寄存器（IMR） 。 重发时间寄存器（RTR） 。 重发计数寄存器（RCR） 。 网关地址寄存器（GAR） 。 本机物理地址寄存器（SHAR） 。 子网掩码寄存器（SUBR ） 。 本机 IP 地址寄存器（SIPR） 。 端口发送/接收存储器分配信息（RMSR/TMSR） 10。初始化程序流程
40、如图 3-1 所示：图 3-1：W5100 初始化流程图W5100 初始化与 W5100 的 Socket 初始化两个 C 语言 程序见目录，此程序在单片机的 C 语言编译器上都可以编译通过。3.1.2 W5100 实现 TCP 通信TCP 是 一 种 面 向 连 接 （ 连 接 导 向 ） 的 、 可 靠 的 、 基 于 字 节 流 的 运 输 层（ Transport layer） 通 信 协 议 ， 由 IETF 的 RFC 793 说 明 （ specified） 。 在 简化 的 计 算 机 网 络 OSI 模 型 中 ， 它 完 成 第 四 层 传 输 层 所 指 定 的 功 能
41、。 TCP 是因 特 网 中 的 传 输 层 协 议 ， 使 用 三 次 握 手 协 议 建 立 连 接 。 当 主 动 方 发 出 SYN连 接 请 求 后 ， 等 待 对 方 回 答 SYN， ACK。 这 种 建 立 连 接 的 方 法 可 以 防 止 产生 错 误 的 连 接 ， TCP 使 用 的 流 量 控 制 协 议 是 可 变 大 小 的 滑 动 窗 口 协 议 。 第 一基本设置模式寄存器(MR) 中断屏蔽寄存器(IMR) 重发时间寄存器(RTR) 重发计数寄存器(RCR)设置网络信息网关地址寄存器(GAR)本机物理地址寄存器(SHAR)子网掩码寄存器(SUBR)本机 IP
42、地址寄存器(SIPR)设置端口存储器信息次 握 手 ： 建 立 连 接 时 ， 客 户 端 发 送 SYN 包 (SEQ=x)到 服 务 器 ， 并 进 入SYN_SEND 状 态 ， 等 待 服 务 器 确 认 。 第 二 次 握 手 ： 服 务 器 收 到 SYN 包 ，必 须 确 认 客 户 的 SYN(ACK=x+1),同 时 自 己 也 送 一 个 SYN 包 (SEQ=y),即SYN+ACK 包 ， 此 时 服 务 器 进 入 SYN_RECV 状 态 。 第 三 次 握 手 ： 客 户 端 收到 服 务 器 的 SYN+ACK 包 ， 向 服 务 器 发 送 确 认 包 ACK(
43、ACK=y+1),此 包 发送 完 毕 ， 客 户 端 和 服 务 器 时 入 Established 状 态 ， 完 成 三 次 握 手 10。TCP 是以连接为基础的通信方式，它必须首先建立连接，然后利用连接的IP 地址和端口号进行数据传输。TCP 有两种连接方式：一种是服务器模式（被动开启） ，即等待接收连接请求以建立连接；另一种是客户端模式（主动开启） ，即发送连接请求到服务器，图 3-2 是 W5100 实现 TCP 通信的示意图：图 3-2 ：W5100 实现 TCP 通信1、服务器模式（SERVER MODE）：采用此模式时，首先要进行端口初始化，初始化一个端口需要设置运行模式和
44、端口号，并在端口命令寄存器打开端口。端口初始化涉及到以下寄存器： 端口 n 模式寄存器 Sn_MR 本机端口 n 的端口号 Sn_PORT 端口 n 命令寄存器 Sn_CR工作在服务器模式下的端口要侦听是否有连接请求，若有则建立连接准备收发数据。收发完数据后还要断开连接。过程流程如图 3-3 所示：侦听打开端口建立连接成功？断开连接程序接收程序发送数据程序超时？关闭端口？超时？要断开连接？收到完成信号？发送数？收到数？关闭端口NNNYYYYNNNN NYYY工作在服务器模式的程序实现方法如附录 2 所示。二、客户端模式（client）客户端模式下的端口要主动发起连接请求，若成功建立连接则准备收
45、发数据。收发完数据后还要断开连接。过程流程如图 3-4 所示：发送程序超时？超时？要关闭端口？超时？最后的ACK？发送数据？收到数据？关闭端口图3-3 TCP数据服务器模式传输示意图建立连接开端口建立成功？接收程序关闭连接程序YYYYYYYNNYN要断开链接？NNTCP 工作在客户端时需要首先进行端口初始化。初始化一个端口需要设置运行模式和端口号，并在端口命令寄存器打开端口，以下寄存器端口需初始化：端口 n 模式寄存器(Sn_MR)，本机端口 n 的端口号(Sn_PORT)，端口 n 命令寄存器(Sn_CR)。将端口 n 初始化为 TCP 模式的具体程序可以参考上面服务器模式中的初始化程序 11。3.1.3 W5100 实现 UDP 数据通信UDP(User Datagram Protocol)，即用户数据报协议，是 OSI 参考模型中一种无连接的传输层协议，提 供 面 向 事 务 的 简 单 不 可 靠 信 息 传 送 服 务 。 是 一 个 简单 的 面 向 数 据 报 的 传 输 层 协 议 。 UDP 是一种不可靠的、无连接的数据传输方式。它不需要建立 就可以进行数据传输，因此 UDP 的数据可能丢失，覆盖或翻转。由于数据包传输的速度可能较快，接收方可能无法及时处理数据包，因此，用户在应用层必须确保数据传输的可靠性。UDP 传输数据过程流程如图 3-5 所示：
