嵌入式工业以太网控制方案的研究(2)

　　RJ45为此系统与局域网的接口。数据的流向为：请求信息从局域网中来，通过RJ45送到网卡控制芯片，处理后05的数据包送入单片机协议栈，由协议栈对数据包进行解析，得到原始请求信息。请求信息再经过单片机的处理，产生回复信息。回复信息到局域网的过程与上面正好相反。

　　接口控制模块的特点：

　　1．不依赖PC机或高档单片机，真正实现8b单片机系统直接接入Internet，整个系统完全自给自足。

　　2．使用外围器件少，系统成本低。

　　3．支持IP、TCP、UDP、ICMP、HTTP、SMTP协议。

　　4．系统提供10/100 Base-T网络接口，直接支持EthernetIEEE802.3协议。

　　5．通过系统内置的RS232串行接口、支持Web页面下载功能，可以实时、动态显示并控制监控点数据。

　　（三）以太网通信协议开发

　　以太网是按照局域网的要求设计的。以太网标准（IEEE802．3）定义了OSI参考模型的物理层和数据链路层。在物理层定义了电缆类型、连接器和信号电平；数据链路层定义了帧格式、差错控制方式、信道分配方法等。但以太网不能完成OSI模型第3层以上的功能，从这个意义上来说，他不属于完整的网络协议。如何在现有协议基础上实现OSI模型的网络层、传输层以及应用层，才是解决问题的关键所在。

　　网络协议栈实现原理如图3所示。

　　图3中的软件协议栈都用单片机语言编写，存储在单片机的Flash程序存储器中。国内外不同厂家纷纷针对自己的以太网产品推出了不同的工业以太网协议。总的来说，协议开发都集中在以下三个方面：

　　1．网络层协议

　　网络层主要处理分组在网络中的活动，例如分组的选择、路由的确定。包括：IP协议（网际协议）、ICMP协议（Internet互联网控制报文协议）以及IGMP协议（Internet组管理协议）。IP协议是主要应用对象。Internet中所有的数据都是以IP数据包格式传输，其最大特点是提供不可靠和无连接的数据报传送服务。

　　在嵌入式控制模块中开发协议栈，IP层的实现就是把要发送出去的消息进行IP打包，即加上IP包头，使之符合IP数据包的格式发送到物理层；将接收到的来自物理层的数据包进行IP解包，即去掉包头，送到TCP层。

　　2．传输层协议

　　TCP提供一种面向连接的、可靠的字节流传送服务，一旦数据报被破坏或丢失，则由TCP将其重新传输。在嵌入式模块协议栈中，对TCP层的实现是通过提供的TCPAPI（应用程序接口）来实现的。

　　3．应用层协议

　　HTTP是WWW上的协议。当用户要浏览服务器上的一个网页时，HTTP请求就会从用户的浏览器发送到HTTP服务器。服务器响应这个请求，把指定的网页传送回来，用户才看到了网页。因为HTTP层的下面是TCP层，也就是说HTTP把TCP作为他的传输协议，所以上述两个TCP连接也为WebServer所用。理所当然，TCPAPI的发送和接收函数也用来实行WebServer的请求及相应命令，完成数据传输。

　　在控制模块中，可以用HTTP协议构造Web服务器，用SMTP协议构造邮件服务的客户端，用PPP协议构造点到点的系统，最终建立C/S模型。所有的服务器资源都存放在外部存储器（E2PROM）中，他的容量决定了WebServer的资源文件的大小。HTTP使用统一资源定位器来指定返回给客户端的网络资源（如HTML、文本文档、图像、Java脚本、Java applet、PDF文档等）。网络中任何类型Web服务器都可与之进行交互式通信，实现远程、实时控制。

　　（四）系统应用平台的开发

　　工业控制应用软件的开发，主要是基于B/S网络架构，控制底层通过建立智能节点模块实现现场数据信息的收集并建立Web资源服务器，客户端只需要通过浏览器即可实时读取到其中的数据，并可将控制命令传达。这种应用系统的重点在于底层服务器的开发。同时，系统的监控软件采用网络化设计，具有良好的扩展性和互联性，带有参数集中显示、数据实时查询等功能，还有所有设备联网所带来的特殊功能如：控制模块自动切换、网络故障检测、资源共享等。

　　三、结语

　　网络技术的飞速发展深刻影响着工业自动化技术的变革。嵌入式工业以太网这种高度开放、使用灵活方便、功能强大的新型工业控制网络将会以非常高的效率把企业的现场设备层、控制层以及管理层连接在一起，形成以网络集成自动化为基础的企业信息系统。他必将渗透到机械制造、汽车制造、半导体制造、石油化工等制造业的各个方面，同时也将广泛运用于楼宇自控、电力系统监控、机器人控制、纺织包装、印刷等一切需要数字信息交换与集成的领域。因此，以工业以太网作为一种全新的“现场总线”是未来工业控制网络的必然选择。他实现了现场设备层与企业内部信息网（Intranet）的无缝连接，在建立起一个真正统一的工业控制网络的同时，把开放性的思想在更高程度上运用于工业控制网络。