- 嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)控制方案的研究

　　RJ45為此系統(tǒng)與局域網(wǎng)的接口。數(shù)據(jù)的流向?yàn)椋赫埱笮畔木钟蚓W(wǎng)中來，通過RJ45送到網(wǎng)卡控制芯片，處理后05的數(shù)據(jù)包送入單片機(jī)協(xié)議棧，由協(xié)議棧對數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，得到原始請求信息。請求信息再經(jīng)過單片機(jī)的處理，產(chǎn)生回復(fù)信息。回復(fù)信息到局域網(wǎng)的過程與上面正好相反。

　　接口控制模塊的特點(diǎn)：

　　1．不依賴PC機(jī)或高檔單片機(jī)，真正實(shí)現(xiàn)8b單片機(jī)系統(tǒng)直接接入Internet，整個(gè)系統(tǒng)完全自給自足。

　　2．使用外圍器件少，系統(tǒng)成本低。

　　3．支持IP、TCP、UDP、ICMP、HTTP、SMTP協(xié)議。

　　4．系統(tǒng)提供10/100 Base-T網(wǎng)絡(luò)接口，直接支持EthernetIEEE802.3協(xié)議。

　　5．通過系統(tǒng)內(nèi)置的RS232串行接口、支持Web頁面下載功能，可以實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)顯示并控制監(jiān)控點(diǎn)數(shù)據(jù)。

　?。ㄈ┮蕴W(wǎng)通信協(xié)議開發(fā)

　　以太網(wǎng)是按照局域網(wǎng)的要求設(shè)計(jì)的。以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（IEEE802．3）定義了OSI參考模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。在物理層定義了電纜類型、連接器和信號電平；數(shù)據(jù)鏈路層定義了幀格式、差錯(cuò)控制方式、信道分配方法等。但以太網(wǎng)不能完成OSI模型第3層以上的功能，從這個(gè)意義上來說，他不屬于完整的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。如何在現(xiàn)有協(xié)議基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)OSI模型的網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層以及應(yīng)用層，才是解決問題的關(guān)鍵所在。

　　網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)原理如圖3所示。

　　圖3中的軟件協(xié)議棧都用單片機(jī)語言編寫，存儲在單片機(jī)的Flash程序存儲器中。國內(nèi)外不同廠家紛紛針對自己的以太網(wǎng)產(chǎn)品推出了不同的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議?？偟膩碚f，協(xié)議開發(fā)都集中在以下三個(gè)方面：

　　1．網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議

　　網(wǎng)絡(luò)層主要處理分組在網(wǎng)絡(luò)中的活動(dòng)，例如分組的選擇、路由的確定。包括：IP協(xié)議（網(wǎng)際協(xié)議）、ICMP協(xié)議（Internet互聯(lián)網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議）以及IGMP協(xié)議（Internet組管理協(xié)議）。IP協(xié)議是主要應(yīng)用對象。Internet中所有的數(shù)據(jù)都是以IP數(shù)據(jù)包格式傳輸，其最大特點(diǎn)是提供不可靠和無連接的數(shù)據(jù)報(bào)傳送服務(wù)。

　　在嵌入式控制模塊中開發(fā)協(xié)議棧，IP層的實(shí)現(xiàn)就是把要發(fā)送出去的消息進(jìn)行IP打包，即加上IP包頭，使之符合IP數(shù)據(jù)包的格式發(fā)送到物理層；將接收到的來自物理層的數(shù)據(jù)包進(jìn)行IP解包，即去掉包頭，送到TCP層。

　　2．傳輸層協(xié)議

　　TCP提供一種面向連接的、可靠的字節(jié)流傳送服務(wù)，一旦數(shù)據(jù)報(bào)被破壞或丟失，則由TCP將其重新傳輸。在嵌入式模塊協(xié)議棧中，對TCP層的實(shí)現(xiàn)是通過提供的TCPAPI（應(yīng)用程序接口）來實(shí)現(xiàn)的。

　　3．應(yīng)用層協(xié)議

　　HTTP是WWW上的協(xié)議。當(dāng)用戶要瀏覽服務(wù)器上的一個(gè)網(wǎng)頁時(shí)，HTTP請求就會從用戶的瀏覽器發(fā)送到HTTP服務(wù)器。服務(wù)器響應(yīng)這個(gè)請求，把指定的網(wǎng)頁傳送回來，用戶才看到了網(wǎng)頁。因?yàn)镠TTP層的下面是TCP層，也就是說HTTP把TCP作為他的傳輸協(xié)議，所以上述兩個(gè)TCP連接也為WebServer所用。理所當(dāng)然，TCPAPI的發(fā)送和接收函數(shù)也用來實(shí)行WebServer的請求及相應(yīng)命令，完成數(shù)據(jù)傳輸。

　　在控制模塊中，可以用HTTP協(xié)議構(gòu)造Web服務(wù)器，用SMTP協(xié)議構(gòu)造郵件服務(wù)的客戶端，用PPP協(xié)議構(gòu)造點(diǎn)到點(diǎn)的系統(tǒng)，最終建立C/S模型。所有的服務(wù)器資源都存放在外部存儲器（E2PROM）中，他的容量決定了WebServer的資源文件的大小。HTTP使用統(tǒng)一資源定位器來指定返回給客戶端的網(wǎng)絡(luò)資源（如HTML、文本文檔、圖像、Java腳本、Java applet、PDF文檔等）。網(wǎng)絡(luò)中任何類型Web服務(wù)器都可與之進(jìn)行交互式通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)控制。

　?。ㄋ模┫到y(tǒng)應(yīng)用平臺的開發(fā)

　　工業(yè)控制應(yīng)用軟件的開發(fā)，主要是基于B/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，控制底層通過建立智能節(jié)點(diǎn)模塊實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息的收集并建立Web資源服務(wù)器，客戶端只需要通過瀏覽器即可實(shí)時(shí)讀取到其中的數(shù)據(jù)，并可將控制命令傳達(dá)。這種應(yīng)用系統(tǒng)的重點(diǎn)在于底層服務(wù)器的開發(fā)。同時(shí)，系統(tǒng)的監(jiān)控軟件采用網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)，具有良好的擴(kuò)展性和互聯(lián)性，帶有參數(shù)集中顯示、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)查詢等功能，還有所有設(shè)備聯(lián)網(wǎng)所帶來的特殊功能如：控制模塊自動(dòng)切換、網(wǎng)絡(luò)故障檢測、資源共享等。

　　三、結(jié)語

　　網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展深刻影響著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的變革。嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)這種高度開放、使用靈活方便、功能強(qiáng)大的新型工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)將會以非常高的效率把企業(yè)的現(xiàn)場設(shè)備層、控制層以及管理層連接在一起，形成以網(wǎng)絡(luò)集成自動(dòng)化為基礎(chǔ)的企業(yè)信息系統(tǒng)。他必將滲透到機(jī)械制造、汽車制造、半導(dǎo)體制造、石油化工等制造業(yè)的各個(gè)方面，同時(shí)也將廣泛運(yùn)用于樓宇自控、電力系統(tǒng)監(jiān)控、機(jī)器人控制、紡織包裝、印刷等一切需要數(shù)字信息交換與集成的領(lǐng)域。因此，以工業(yè)以太網(wǎng)作為一種全新的“現(xiàn)場總線”是未來工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的必然選擇。他實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場設(shè)備層與企業(yè)內(nèi)部信息網(wǎng)（Intranet）的無縫連接，在建立起一個(gè)真正統(tǒng)一的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，把開放性的思想在更高程度上運(yùn)用于工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。