基于AVR的網絡用具接口的設計與實現(xiàn)
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家庭網絡是指融合控制網絡和多媒體信息網絡于一體的家庭信息化平臺，是在家庭范圍內。實現(xiàn)各種電子設備互聯(lián)和管理的系統(tǒng)。一個典型的家庭網絡結構如圖1所示．一般由一個家庭網關(home gateway或resident gateway)和若干個網絡用具(network apphanees)組．成。組網的方式可以是有線的，也可以是無線的，可采用TCP/IP、以太網方案、xlO電力線方案、Zigbee、超寬帶(Ultra Wide Band，簡稱uwB)通信、近場通信(Near Field Communication，NFC)、藍牙等方式。
圖1家庭網絡結構圖
家庭網關是網絡的管理控制核心，負責把家庭中彼此孤立分散的子網系統(tǒng)或網絡用具終端設備互聯(lián)起來，實現(xiàn)信息的交互和共享，同時作為家庭內網和外部網連接的樞紐，以滿足內網和外網的信息交互。網絡用具，又稱網絡家電、信息家電，在IETF草案中按功能把它分成胖網絡用具(fat IPA)和瘦網絡用具(Thin IPA)兩種。功能比較復雜的胖網絡用具定義為：IPA=
[network interface][apphcation control][I/O control]。即具備網絡接口和控制本地系統(tǒng)的I/O端口，并具有嵌入式應用程序的設備。家用電器如冰箱、空調等需要實現(xiàn)復雜控制功能，一般需要有網絡接口和I/O端口控制功能，同時需要開發(fā)m控制應用程序，就成為了胖網絡用具；家用電器如燈、門等實現(xiàn)簡單控制功能，只要具備網絡接口和I/O端口控制功能，它們就是瘦網絡用具。
可見網絡用具實際上是指包含一個網絡處理器并具備特定功能的消費設備，郎在傳統(tǒng)家用電器中加入網絡接口使之成為具有遠程遙控、信息訪問、獲取、存儲以及聯(lián)網等功能的信息家電，如此—來，我們不僅可以在本地對家電進行控制，還可以通過Internet網絡遠程控制家電，家電也可以把自身的狀態(tài)信息上報到家庭網關中。可以簡單地認為，普通的家用電子設備增加一個網絡接口，就可以成為網絡用具。因此，網絡用具的網絡接口是家用電子設備網絡化的關鍵部件。
本文提出—種網絡用具網絡接1：3的。方案，在本方案中．組網力式基于以太網的TCP/IP，硬件采用ATMEL公司的AVR單片機和RTL8019以太網芯片。該方案成本低，便于組網，易于實現(xiàn)。
2 網絡用具接口的硬件設計
2．1系統(tǒng)結構
網絡用具接口硬件結構如圖2，可以看到網絡用具通過10口與AVR單片機通訊，單片機中內嵌TCP/IP協(xié)議棧，會話層、傳輸層在單片機中實現(xiàn)，RTL8019AS實現(xiàn)數(shù)據鏈路層和物理的功能。
圖2網絡用具接口硬件結構圖
當家庭網關控制網絡用具時，數(shù)據通過帶隔離變壓器的RJ45接口．進入RTL8019AS的緩沖區(qū)，經RTL8019AS處理后被單片機讀入到單片機的RAM暫存，暫存的數(shù)據通過IO口或RS-232串口傳送到剛絡用具，在向家庭嘲關發(fā)送數(shù)據時，網絡用具經IO口或RS-232串口發(fā)送數(shù)據包至單片機的數(shù)據緩沖區(qū)，把數(shù)據打包，然后通過遠程DMA操作將組幀后的數(shù)據寫入到RTL8019AS的內部SRAM，再經RJ45接口發(fā)送給家庭網關。如此，就實現(xiàn)了家庭網關與家電的雙向通訊，以及家電設備連接到Internet。
2．2硬件電路設計
硬件連接圖如下：
圖3MCU與RTL8019AS硬件連接圖
這里選用的控制芯片是AVR單片機。本項目所用的單片機ATMEGA32L是一款高性能低功耗AVR8位單片機。這款芯片有32K的FLASH，足夠燒寫TCP/IP協(xié)議棧。
RTL8019AS是REALTEAK公司的一款10M以太網芯片，內部嵌入16KB的SRAM，它用于實現(xiàn)網絡的物理層協(xié)議，主要實現(xiàn)網卡和網絡電纜的物理連接．介質訪問控制(MAC)，數(shù)據幀的開拆，數(shù)據幀的發(fā)送和接收，錯誤校驗、數(shù)據信號的編，解碼以及數(shù)據的串/并變換。
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