金山網絡水晶頭公司
發布時間：2023-09-05 01:29:25
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摘要：為適應RFID 讀寫器在不同應用系統中的要求，開發了一種以MSP430F149 單片機為核心的具有嵌入式以太網網絡接口的手持式RFID 讀寫器。文中介紹RFID 讀寫器中單片機與以太網控制器RTL8139 組成的網絡接口設計方法，實現了手持式RFID 讀寫器接入Internet 網絡進行數據通信。RFID 技術目前廣泛應用于身份識別、防偽應用、供應鏈應用、公共交通管理、物流管理、生產線自動化與過程控制、容器識別等領域。由于手持式RFID讀寫器的存儲器容量有限，保存在讀寫器中的數據可以通過USB 等接口傳送到計算機中進行處理，但為更方便快捷地將讀寫器中的數據傳送到遠程的計算機系統中，將便攜設備網絡化是解決上述問題的有效途徑之一。但目前的手持式RIFD 讀寫器并不具備與互聯網進行網絡連接的網絡接口。另外，手持式RFID 讀寫器是通過內部所裝有的電池進行供電，所以降低其工作功耗也是主要問題之一。而MSP430F149 單片機是一款16 位超低功耗的處理芯片，它將多個不同功能的模擬電路，數字電路模塊集成于一身，適合應用與需要電池供電的便攜式儀器儀表中。因此，文中主要介紹手持式RFID 讀寫器中MSP430F149 單片機與以太網控制器RTL8139 接口的硬件設計的方法，以及相應的硬件設備驅動程序的設計和TCP /IP 協議棧的處理方法。1 網絡接口硬件結構。1. 1 網絡接口手持式RFID 讀寫器是便攜式射頻識別系統的主要設備，其網絡接口主要由MSP430 單片機與以太網控制器RTL8139 塊等組成。其網絡接口硬件結構如圖1 所示。根據便攜設備的低功耗要求，MSP430 單片機采用MSP430F149,具有超低功耗、強大處理能力、豐富片上外圍模塊及多種存儲器形式等功能，其中有2 個具有中斷功能的8 位并行端口P1與P2和4 個8 位的通用并行端口P3、P4、P5與P6,可以滿足和以太網控制器的接口，而且能夠實現RFID 讀寫器的其他接口功能。隔離變壓器選用PM34 - 1006M10 /100 /1000M 變壓器。采用RTL8139 以太網控制器作為網絡接口。由于RTL8139 是PCI 總線接口，不能直接與8 位的MCU 接口，需要一個PCI 接口進行轉接。單片機在進行外部存儲器操作時采用的信號有P0口、P2口、ALE以及RD 和WR 信號。其中，P0口為地址（ 低8 位） /數據復用，P2口為高8 位地址信號； ALE 為地址鎖存信號，為高電平時將P0口的值鎖存到低8 位數據線上； RD 和WR 為讀寫有效信號，低電平有效。因此，PCI 接口實際上是起到一個從單片機讀寫時序到32位PCI 讀寫時序轉換的作用。1. 2 RTL8139 的結構及編程接口RTL8139 是臺灣Realtek 公司生產的一種高度集成的全面支持IEEE802. 3 標準的以太網控制器芯片，支持微軟的PnP 規范。利用雙絞線可以和全雙工網絡交換機相連接，能夠同時接收和發送數據。支持UTP（ Unshielded Twisted Paired） ,AUI（ Attachment UnitInterface） 自動偵測。支持IO 地址全解碼模式。其主要特性如下：（1）符合Ethernet Ⅱ 和IEEE802. 3 （ 10Base5,10Base2,10BaseT） 標準。（2）支持跳線和免跳線兩種工作方式。（3）全雙工，收發可同時達到100 Mbit·s - 1 的速率。（4）支持32 位數據PCI 總線。（5）允許3 個診斷LED 可編程輸出。（6）128 腳LQFP 封裝，縮小了PCB 尺寸。PCI 總線信號有3. 3 V 標準和5 V 標準，信號線眾多，但并不是所有的PCI 設備都使用全部的PCI 接口信號，實際只使用需要的即可。RTL8139AS 以太網控制器遵循3 V 標準，并且只使用了PCI 總線信號中的以下部分： AD[31: 0]為數據信號復用總線。FRAME 為幀周期信號，由當前主設備驅動，表示一次訪問的開始和持續時間。IRDY 為主設備準備好信號。TRDY 為從設備準備好信號。C /BE 為總線命令和字節使能復用信號。地址期是總線命令，數據期是字節使能。IDSEL 為初始化設備選擇信號。在參數配置讀寫傳輸期間，用作片選。對于只有一個PCI 設備的情況，它可以總接高電平。RST 為復位信號。CLK 為系統時鐘信號，頻率范圍DC ~ 33 MHz.以上信號都在CLK 的上升沿有效。INTA 為中斷請求信號，RTL8139數據準備好后可以用來向主控制器發出中斷DEVSEL 為設備選擇信號，表明驅動它的設備已成當前訪問的設備，由于系統中，RTL8139 是單一的PCI 設備，因此該信號可以不用。2 網絡接口軟件結構RFID 讀寫器系統網絡接口軟件主要包括硬件設備驅動程序、TCP /IP 協議棧、應用協議和其他用戶應用程序。網絡接口軟件的流程如圖3 所示。其中應用協議和其他用戶應用程序將在二次開發時根據RFID 讀寫器的具體功能要求進行設計，這里主要介紹硬件設備驅動程序、TCP /IP 協議棧的實現方法。2. 1 硬件設備驅動程序硬件設備驅動是將PCI 接口當作單片機的外部存儲器看待，單片機以讀寫外部存儲器的時序對PCI 接口進行讀寫，再由PCI 接口將這種讀寫操作時序轉換成PCI 時序對以太網控制器進行操作。主要包括3 個部分，網絡初始化，發送控制和接收控制。主要完成對CR,TCR,RCR IMR ISR,RBSTART,MAR 等寄存器操作。發送控制過程在網絡中，幀傳輸的過程是發送方將待發送的數據按幀格式要求封裝成幀，然后同過網卡發送到網絡的傳輸線上。發送程序框圖如圖4所示。接收控制過程分成2 步，第1 步是根據哈稀算法判斷數據包是否是本地的數據包，如果是則接收放入FIFO,如果FIFO 里的數據包達到了RCR 寄存器預先設定閾值，把數據報放入RX_BUFF.第2 步主機程序將RX_BUFF 里的數據讀取到內存進行處理。2. 2 TCP /IP 協議棧TCP /IP 實質上是一系列協議的總稱，是實現Internet通訊必不可少的部分，包括十幾個協議標準，在這里要實現的是通過網絡讀取居民用表的讀數，傳輸的數據量少且對實時性要求不高，不需要全部的協議，只要實現幾個必備的即可，權衡之下，求在最小代碼、最小資源需求和功能實現間取得一個平衡： 只實現了ICMP、TCP、IP、ARP 4 個協議，組成一個小型化的TCP /IP 協議。因為任何一個以太網數據幀要發送時都必須要知道對方的物理地址，這能過ARP 協議獲得，所以要實現ARP 協議。而IP 協議是TCP, ICMP協議數據的傳輸格式； TCP 協議提供可靠的，可重組服務； 而ICMP 協議是調試時所不可缺少的。另外，在實現重發功能時，大多的做法是應用層不參與，當需要重發時，由TCP /IP 協議把存儲在數據緩沖區的數據再發送一次即可，但在以單片機為主處理器的情況下，因為單片機自身的資源有限，為了減少RAM 的使用，可以在需要重發時再由應用層產生這一幀數據即可，這無需太多的時間。這樣也不必每發送一幀數據都要存在緩沖區中以備重發時使用，進一步節省了RAM。3 實驗結果及分析將手持式RFID 讀寫器通過網線連入局域網交換機，預先將讀寫器的IP 地址設置為192. 168. 1. 37,啟動讀寫器、交換機及電腦，在電腦的命令終端輸入ping192. 168. 1. 37 命令在電腦中打開RFID 綜合管理系統，將實驗用RFID 卡放入手持式RFID 讀寫器后，綜合管理系統讀到信息手持式RFID 讀寫器將讀到的實驗卡信息，通過局域網交換機成功地傳輸到電腦的綜合管理系統當中，實現了網絡接口的功能。4 結束語設計的手持式RFID 讀寫器網絡接口硬件采用MSP430F149 作為控制芯片，選用PM34 - 1 006M10 /100 /1 000M 變壓器作為隔離變壓器，以及全面支持IEEE802. 3 標準高度集成的RTL8139 作為以太網控制器芯片，整個系統具有超低功耗等優點，實現了RFID 讀寫器的網絡化功能，為提高產品的競爭力創造了條件。同時，網絡接口驅動程序及TCP /IP C 語言進行開發，具有較好的可讀性和移植性，可以提高開發效率，縮短開發周期。
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從外觀上看來超五類水晶頭與六類水晶頭如同沒什么不相同，也有客戶問過唯康工作人員，兩種水晶頭是否能通用？事實上，它們里面的結構是有不同的。超五類網線相對而言銅芯較細，在0.45-0.51mm左右；六類網線的銅芯相對而言銅芯較粗，在0.52-0.58mm左右。這就直接導致了兩種水晶頭內部結構的差異。568A標準：綠白，綠，橙白，藍，藍白，橙，棕白，棕HDMI高清線廠家唯康提示：六類線的傳輸速率是1000M/S，而超五類線的傳輸速率是100M/S，這個主要是看路由器是百兆仍是千兆。
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目前無線路由器產品支持的主流無線標準有兩種，一種是IEEE802.11g，另外一種是802.11n。所謂的IEEE802.11g標準就是我們常說的54M無線路由器，而802.11n標準就是300M無線路由器。有的商家會拿54M的無線路由器充當300M的無線路由器，所以你在選購的時候要特別注意看一下無線標準。購買時候還需要注意信號覆蓋范圍。所謂信號覆蓋范圍，顧名思義也就是說只有在無線路由器的信號覆蓋范圍內，其他計算機才能進行無線連接。一般無線路由器上標稱的室內100米，室外400米是一個理想值，它會隨網絡環境的不同而各異。通常室內在50米范圍內都可有較好的無線信號，而室外一般來說都只能達到100-200米左右。無線路由器信號強弱同樣受環境的影響較大。如果商家說的無線覆蓋范圍過于離譜，這時你就要多留一個心眼了。成功的商人靠的不是忽悠而是信譽，但成功的小商販靠的就不是信譽而是忽悠能力了。相信你每次去商場買東西時銷售人員一定會和你說的頭頭是道，讓你覺得我買這個產品一定沒有錯，這時你就要小心自己被忽悠了。對于無線路由器，商家的參數并不一定都是準確的。商家的小手段是能騙一個是一個，騙不倒的時候就說：不好意思，我看錯了。所以，我們就需要事先了解一下無線路由器的參數性能。知彼知己，才能百戰不殆。產品的外包裝盒上一般都會有一些路由器的具體參數，比如無線標準、傳輸速率、信號覆蓋范圍等等。
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引言隨著Internet 的出現和以太網的迅速發展， 基于以太網的設備控制越來越多。目前市場上大部分以太網控制器采用的封裝均超過80 引腳， 如RTL8019AS、DM9008、CS8900A 等。這些器件不僅結構復雜， 面積龐大， 且系統開銷較大。近來， Microchip推出全球首枚28 引腳獨立以太網控制器ENC28J60, 可為嵌入式系統提供低引腳數、低成本、精簡的遠程通訊解決方案。設計了以ENC28J60 為核心的以太網接口實現方案， 描述了該系統硬件架構的設計方法。在簡要介紹了以太網控制器ENC28J60 的結構、功能、外圍電路的基礎上， 對ENC28J60Atmega16 的SPI 通訊進行了闡述。此方案不僅成本低， 而且可以實現500Kbps 以上的傳輸速率， 滿足了嵌入式系統的Internet 控制要求。2 ENC28J60 網絡接口體系結構ENC28J60 是帶有行業標準串行外設接口(Serial PeripheralInterface, SPI)的獨立以太網控制器。它符合IEEE 802.3 的全部規范， 采用了一系列包過濾機制以對傳入數據包進行限制。它還提供了一個內部DMA 模塊， 以實現快速數據吞吐和硬件支持的IP 校驗和計算。與主控制器的通信通過兩個中斷引腳(INT和WOL)和SPI 腳(SO、SI、SCK、CS)實現， 數據傳輸速率高達10Mb/s.兩個專用的引腳(LEDA、LEDB)用于連接LED, 進行網絡活動狀態指示。圖1 所示為ENC28J60 的典型應用電路。ENC28J60 由7 個主要功能模塊組成：SPI 接口， 充當主控制器和ENC28J60 之間通信通道; 控制寄存器， 用于控制和監視ENC28J60; 雙端口RAM緩沖器， 用于接收和發送數據包; 判優器， 當DMA、發送和接收模塊發出請求時對RAM緩沖器的訪問進行控制; 總線接口， 對通過SPI 接收的數據和命令進行解析;MAC 模塊：實現符合IEEE 802.3 標準的MAC 邏輯; PHY 模塊， 對雙絞線上的模擬數據進行編碼和譯碼。ENC28J60 還包括其他支持模塊， 諸如振蕩器、片內穩壓器、電平變換器(提供可以接受5V 電壓的I/O 引腳)和系統控制邏輯。根據以上說明， ENC28J60 應用于嵌入式網絡接口是非常合適的， 有廣闊的應用發展前景。3 ENC28J60 在嵌入式網絡接口的應用3.1 硬件電路設計利用ENC28J60 可以構成不同功能的網絡終端節點， 如網絡服務器、帶Internet 功能的設備、遠程監控(數據采集， 診斷)設備等。圖2 所示為基于ENC28J60 的嵌入式網絡接口的硬件電路原理圖。電路中有：2 個LED 狀態指示燈主要用來顯示網絡連接狀態， 包括PHY 是否沖突、連接是否建立、是否接收數據、連接速度、雙工模式等; 必需的偏置電阻R3(2kΩ， 精度為1%);高速局域網電磁隔離模塊(即RJ45 以太網接口)， 應用中，ENC28J60 的物理端口與隔離變壓器HR901170A 連接時必須符合IEEE802.3 對物理層規范的要求， 如RJ45 的插孔與隔離變壓器的間隔應盡量小， 輸出和輸入差分信號對的走線要有很好的隔離。電路中的主控制器采用Atmel 公司的ATmega16 單片機，它具有先進的RISC(精簡指令集計算機)結構、16 kB 可編程Flash 存儲器、512 B 的EEPROM和1 kB 片內SRAM, 具有豐富的外設接口， 其SPI 接口允許ATmega16 與外設進行高速的同步數據傳輸。本設計中ATmega16 SPI 配置為主機模式，ENC28J60 為從設備。ATmega16 的SPI 工作模式由CPOL、CPHA 設置， 根據ENC28J60 的SPI 讀寫時序， ATmega16 的SPI工作模式應設置為模式0.ATmega16 通過將ENC28J60 的CS引腳置低實現與其的同步。SPI 時鐘由寫入到SPI 發送緩沖寄存器的數據啟動， SPI MOSI(PB5)引腳上的數據發送秩序由寄存器SPCR 的DORD 位控制， 置位時數據的LSB(最低位)首先發送， 否則數據的MSB(最高位)首先發送。我們選擇先發送MSB,同時接收到的數據傳送到接收緩沖寄存器， CPU 進行右對齊從接收緩沖器中讀取接收到的數據。應該注意， 當需要從ENC28J60 中讀取多個數據時， 即使ENC28J60 并不需要ATmega16 串行輸出的數據， 每讀取一個數據前都要向SPI 發送緩沖器寫一個數據以啟動SPI 接口時鐘。由于SPI 系統的發送方向只有1 個緩沖器， 而在接收方向有2 個緩沖器， 所以在發送時一定要等到移位過程全部結束后， 才能對SPI 數據寄存器執行寫操作; 而在接收數據時， 需要在下一個字節移位過程結束之前通過訪問SPI 數據寄存器讀取當前接收到的數據， 否則第1 個數據丟失。3.2 ENC28J60 軟件初始化在使用ENC28J60 發送和接收數據包前， 必須對器件進行初始化設置。根據不同的應用， 一些配置選項可能需要更改。初始化設置工作包括接收和發送緩沖器、接收過濾器、晶振啟動時間、MAC 寄存器、PHY 寄存器。初始化芯片之前先關閉單片機的中斷輸入， 對RESET 引腳給定一個持續的低電平復位信號， 然后對相應的寄存器進行設置。設置完成所有需要的寄存器后， 判斷以太網狀態中的時鐘啟動標志位是否置位， 然后開中斷。系統初始化后進入主程序循環， 包括單片機的控制作用和網絡數據傳輸。對于以太網傳輸部分來說。主要有兩個作用：一是對要發送的數據按照以太網數據幀格式進行封裝并發送; 二是對接收的以太網數據幀進行解包， 供應用程序使用。3.3 ENC28J60 發送數據包在進行數據包發送或接收時， 要先對寫緩沖存儲器(WriteBuffer Memory, WBM)命令掌握。WBM允許主控制器將字節寫入8KB 發送和接收緩沖存儲器。如果ECON2 寄存器中的AUTOINC 位置1, 那么在寫完每個字節的最后一位之后，EWRPT 指針將會自動地遞增指向下一個地址(當前地址加1)。如果寫入地址1FFF 且AUTOINC 置1, 則寫指針加1 指向0000h.將CS 引腳拉為低電平啟動WBM命令。然后將WBM操作碼及隨后的5 位常量1Ah 送入ENC28J60.在發送WBM命令和常量之后， 由EWRPT 指向的存儲器中的數據將移入ENC28J60, 首先移入最高位。在接收到8 個數據位后， 如果AUTOINC 置1, 寫指針將自動遞增。主控制器可以繼續在SCK引腳提供時種信號、在SI 引腳發送數據同時保持/CS 為低電平， 從而可以連續寫入存儲器。當AUTOINC 被使能時， 以該方式就可以連續地向緩沖存儲器寫入字節而無需多余的SPI命令。拉高CS 引腳電平可結束WBM命令。在WBM操作期間，SO 引腳一直為高阻態， WBM操作時序， 請參見圖3.ENC28J60 內的MAC 在發送時會自動生成前導符和幀起始定界符。此外， MAC 可根據配置生成填充(如果需要)和CRC字段。主控制器必須生成所有其他幀字段， 并將它們寫入緩沖存儲器， 以待發送。此外， ENC28J60 還要求在待發送的數據包前添加一個包控制字節。主控制器應：1.正確編程ETXST 指針，使之指向存儲器中未用的單元。它將指向包控制字節， 在本設計方案中， 指針應編程為0120h; 2.使用WBM SPI 命令寫入包控制字節、目標地址、源MAC 地址、類型/ 長度和數據有效負載; 3.正確編程ETXND 指針。它應指向數據有效負載的最后一個字節， 在本設計方案中， 指針應編程為0156h; 4.將EIR.TXIF位清零、將EIE.TXIE 位和EIE.INTIE 位置1 允許在發送完成后產生中斷(如果需要); 5.將ECON1.TXRTS 位置1 開始發送。如果在TXRTS 位置1 時正在進行DMA 操作， ENC28J60 會等待DMA 操作完成再發送。這種等待是必需的， 因為DMA 和發送引擎共享同一個存儲器訪問端口。同樣如果在TXRTS 已置1后， ECON1 中DMAST 位才置1, DMA 在TXRTS 位清零前不會采取任何動作。如果正在進行發送， 不應通過SPI 讀取或寫入任何待發送的字節。主控制器將TXRTS 位清零可取消發送。如果數據包發送完成或因錯誤取消而中止發送， ECON1.TXRTS位會被清零， 一個7 字節的發送狀態向量將被寫入由ETXND +1 指向的單元， EIR.TXIF 會被置1 并產生中斷(如果允許)。要驗證數據包是否成功發送， 應讀取ESTAT.TXABRT 位。如果該位置1, 主控制器在查詢發送狀態向量的各個字段外， 還應查詢ESTAT.LATECOL 位， 以確定失敗的原因。下面給出寫數據包的源代碼：3.3 ENC28J60 接收數據包假設接收緩沖器已完成初始化， MAC 已正確配置而且接收過濾器已配置為接收以太網數據包， 主控制器應該：1.如果需要在接收到數據包時產生一個中斷， 就要將EIE.PKTIE 位和EIE.INTIE位置1; 2. 如果需要在由于緩沖空間不足導致數據包丟失時產生一個中斷， 就要將EIR.RXERIF 位清零， 并將EIE.RXERIE位和EIE.INTIE 位置1; 3. 通過將ECON1.RXEN 位置1使能接收。在將RXEN 置1 后， 將不能修改雙工模式和接收緩沖器起始和結束指針。此外， 要阻止不期望接收的數據包， 在更改接收過濾器配置寄存器(ERXFCON) 和MAC 地址前建議將RXEN 清零。在使能接收后， 沒有過濾掉的數據包將寫入循環接收緩沖器。任何不符合過濾條件的數據包將被丟棄， 但主控制器無法識別一個數據包已被丟棄。當接收到一個數據包并將其完整寫入緩沖器時， EPKTCNT 寄存器將遞增， EIR.PKTIF 位將置1, 并產生一個中斷(如果允許)， 同時硬件寫指針ERXWRPT 自動遞增。
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無線路由器一般集成了有線路由器的功能，提供rj45接口。你可以用網線把電腦的網卡口和路由器的LAN口相連即可，與無線連接的效果相同。跟著經濟的快速展開,RJ45帶變壓器的需求量也是很大的,除了滿足國內需求以外,還可以開發國外商場,而國外商場是非常無量的,所以說rj45網絡接口對股動經濟作用是很明顯的,將來這一工作必將會得到高度的重視,給工業自動化帶來很大的協助.RJ45連接器重要的機械性能是連接器的機械壽命。機械壽命實際上是一種耐久性（durability）指標，在國標GB5095中把它叫作機械操作。它是以一次插入和一次拔出為一個循環，以在規定的插拔循環后連接器能否正常完成其連接功能（如接觸電阻值）作為評判依據。RJ45網絡連接器的窄距離、低背、多極化需要愈加火急，格外是手機的極薄化需要對機內銜接器的超低背化要求越發急切。為了完成商品的低背化、窄距離、小型化、多極化以及高可靠性，各廠商紛紛選用模仿技能進行深入研究與開發。
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網絡連接器占有很大的市場重要性，因為網絡需要一個連接器。如果很多工作沒有網絡連接器就無法進行，那么我們有朋友說，連接器如何連接？連接器還有一個插頭。當連接器插頭與插座連接時，必須按照相應的觸點編號進行端接。 RT45網絡連接器在端部鎖定前禁止上電。選擇正確類型的RJ45網絡連接器后，注意插頭末端出水孔的大小，以防止電纜小于孔時漏水。其實網絡連接器的使用方式有很多，比如：從應用層面來解釋，不僅是我們經常理解的網絡數據包，還有其他信號。另外，除了utp，這個連接器還能連接其他傳輸介質嗎？比如同軸電纜還是光纖？連接器大部分是RJ45連接器，用于以太網連接，8P8C，可以連接4對雙絞線，12mm寬，比RJ11系列寬。