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局域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展十分迅速，Ethernet (以太網(wǎng))是目前使用最廣泛的局域網(wǎng)技術(shù)。因此，學(xué)習(xí)以太網(wǎng)技術(shù)對(duì)深入掌握局域網(wǎng)知識(shí)是非常重要的�！队�(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課程是大學(xué)計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)開設(shè)的一門計(jì)算機(jī)與通信的專業(yè)課程。本課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，很多教學(xué)內(nèi)容都需要高成本的實(shí)驗(yàn)環(huán)境才能實(shí)現(xiàn)，加上網(wǎng)絡(luò)設(shè)備更新快、成本高，一般高校難以承擔(dān)。而通過(guò)軟件技術(shù)．建立一個(gè)軟件模擬的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，不僅可節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本，還可提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的水平和質(zhì)量。
本設(shè)計(jì)的目的就是利用嵌入式網(wǎng)絡(luò)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，使學(xué)生熟悉網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)發(fā)送流程。
1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的硬件設(shè)計(jì)
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的硬件框圖如圖1所示，它主要由C805lF310、CS8900A和MAX232以及外圍電路組成。
1．1 單片機(jī)C8051F310
C805lF310是美國(guó)Cygnal公司的產(chǎn)品。該器件是完全集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)型MCU芯片，采用32腳LQFP封裝，體積較小。C8051F310的模擬外設(shè)包括10位ADC以及速率可達(dá)200 KSpS的兩個(gè)模擬比較器。器件的供電電壓為2．7～3．6 V，典型工作電流為5mA@25MHz，典型停機(jī)電流為0．1μA。同時(shí)，C8051F310還帶有1280字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM(1 K+256)和16 KB的閃速存儲(chǔ)器，可以在系統(tǒng)編程，其扇區(qū)大小為512字節(jié)。該MCU芯片的數(shù)字外設(shè)包括29個(gè)端口I／O，所有口線的耐壓均為5 V，并具有4個(gè)通用16位計(jì)數(shù)器／定時(shí)器。C8051F310的時(shí)鐘源既可用內(nèi)部可編程振蕩器(24．5 MHz，±2％精度)，也可用外部振蕩器(晶體、RC、C)或外部時(shí)鐘。
1．2 以太網(wǎng)控制芯片CS8900A
CS8900A是Cirrus Logic公司生產(chǎn)的低功耗16位以太網(wǎng)控制器。它功能強(qiáng)大，其高度集成設(shè)計(jì)使其不再需要其它以太網(wǎng)控制器所必需的昂貴外部器件。CS8900A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。
CS8900A包括片上RAM、10BASE-T發(fā)送和接收濾波器以及帶24 mA驅(qū)動(dòng)能力的直接ISA總線接口。除了高度集成外，CS8900A還提供其他性能和配置選擇。它獨(dú)特的PacketPage結(jié)構(gòu)可自動(dòng)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)通信量模式的改變和現(xiàn)有系統(tǒng)資源，因而系統(tǒng)效率很高。
CS8900A的內(nèi)部功能主要是802．3介質(zhì)訪問控制塊(MAC)。802．3介質(zhì)訪問控制塊可支持全雙工操作，并可完全依照IEEE802．3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)處理有關(guān)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的發(fā)送和接收，包括沖突檢測(cè)、幀頭的產(chǎn)生和檢測(cè)、CRC校驗(yàn)碼的生成和驗(yàn)證等。通過(guò)對(duì)發(fā)送控制器(TXCMD)的初始化配置，MAC能自動(dòng)完成幀的沖突后重傳。如果幀的數(shù)據(jù)部分少于64字節(jié)，它還能生成填充字段，以使數(shù)據(jù)幀達(dá)到802．3所要求的最短長(zhǎng)度。
CS8900A的主要特點(diǎn)是符合IEEE802．3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，并帶有ISA接口。片內(nèi)有4K字節(jié)RAM，可適用I／0操作模式、存儲(chǔ)器操作和DMA操作模式。芯片帶有傳送、接收低通率的10BASE-T連接端口，并支持10BASE2、10BASE5和10BASE-F的AUI接口，也可自動(dòng)生成報(bào)頭，自動(dòng)進(jìn)行CRC檢驗(yàn)，而且沖突后可自動(dòng)重發(fā)。CS8900A的最大電流消耗為55 mA(5 V電源)，可全雙工操作，同時(shí)支持外部EEPROM。
CS8900A收到由主機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)包(從目的地址域到數(shù)據(jù)域，如圖3所示)后，即可偵聽網(wǎng)絡(luò)線路，如果線路忙，就等待，否則就立即發(fā)送該數(shù)據(jù)幀，圖3所示是其802．3幀格式。
發(fā)送時(shí)．首先應(yīng)添加以太網(wǎng)幀頭(包括先導(dǎo)字段和幀開始標(biāo)志)，然后生成CRC校驗(yàn)碼，最后將此數(shù)據(jù)幀發(fā)送到以太網(wǎng)上。接收時(shí)，則把從以太網(wǎng)接收的數(shù)據(jù)幀經(jīng)過(guò)解碼、去幀頭和地址等步驟后所得到的數(shù)據(jù)放在緩存內(nèi)，這樣，在CRC校驗(yàn)通過(guò)后，根據(jù)初始化配置情況，CS8900A通知主機(jī)收到了數(shù)據(jù)幀，并將數(shù)據(jù)用某種傳輸模式傳到主機(jī)的存儲(chǔ)區(qū)。
