基于单片机的以太网络接入系统的实现及网络性能分析
4 软件设计
4．1 嵌入TCP／IP协议的单片机汇编程序设计
单片机接入以太网，必须嵌入TCP／IP协议，用户终端的应用程序才可以使用通用的网络编程技术，例如使用Socket套接字，与单片机建立连接，实现数据通信。汇编流程图如图4―1所示，单片机首先初始化堆栈和串口，初始化RTL8019AS网络芯片，系统的IP地址存放在单片机的片内EEPROM 中，单片机复位后首先读取这些数据以初始化网络。 由于单片机的资源有限，所以网络协议根据嵌入式应用的需求作了裁剪，系统中使用了ARP、RARP、 IP、UDP等部分协议，既保证单片机接入以太网，又保证足够小的代码量。单片机主要完成网络数据的解包和串口RS－485数据的打包。当以太网有数据到达该设备，单片机采用查询方式，读取网络数据并分析，如果是ARP（物理地址解析协议）数据包，则转入ARP处理程序，并发送RARP数据包，将IP地址和物理地址加入到局域网中建立映射。如果是UDP数据包且IP地址和端口号正确，则接收数据包，数据解包后，将数据部分通过串口输出，控制RS－485现场设备。反之，如果现场通过串口发送数据到单片机，单片机将数据按照UDP协议格式打包，送入RTL8019AS，由RTL8019AS将数据输出到局域网中。根据需要还可以在收到串口数据时，先完成数据预处理，再将处理好的数据送到局域网。本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/173370.htm
TCP／IP协议的4层模型中，链路层部分由RTL8019AS完成，网络层和传输层由单片机来处理，应用层则根据需要可以在单片机内完成，也可以由单片机转给用户或终端设备完成。
在单片机的程序处理中，主要有完整的ARP、RARP协议模块，UDP协议模块，其它协议根据需要取舍，完成系统要求，网络芯片的初始化是必须的，对RTL8019AS各寄存器的配置正确，才能使硬件正常工作。
4．2 用户终端程序设计
为了实现对嵌入TCP／IP的单片机通信系统设备的控制，笔者用VC＋＋6．0在用户终端PC上编写一个数据传输的应用程序。通常采用Winsock编程，先创建一个套接字，绑定IP地址和端口号，使用UDP数据报，与嵌入TCP／IP单片机系统的套接字建立连接，当有网络数据到达时，VC＋＋响应 Receive（）消息，读取数据并处理；当用户需要控制嵌入式设备，调用Send（）函数发送控制命令或数据。
在调试试验中，PC机上采用Sniffer软件来监视（或截获）PC机同单片机之间通信的TCP／IP协议包数据流，测试系统的性能，取得了满意的效果。
5 系统性能分析
网络性能的主观评价可以用如下的指标来体现：容量、利用率、最优利用率、吞吐量、可供负载、精确度、效率、延迟、延迟变化量、响应时间等。网络性能的最终表现形式就是最终用户在使用过程中的主观评价。
下面主要从各网络层对系统性能的影响分别进行分析：
（1）物理层、数据链路层性能。从系统的硬件上看，这两层的功能主要由RTL8019AS完成，每帧最大传输包为1K字节，但是数据的读写都是由单片机完成，所以整个系统的带宽受到单片机速度的限制，文中设计系统理论最大带宽为8Mbps，最优利用率为3～4Mbps。
（2）网络层性能。在这里主要考虑传输协议的选择。对于使用有重传机制的TCP协议，意味着在
网络环境恶劣的情况下，存在大量的数据报重传，降低了网络利用率，同时还有很大的延时。在系统的具体应用中，采用UDP协议满足了数据采集的实时性要求，对于丢包现象，可以在应用层上采取必要的控制策略加以改善。
（3）应用层性能。主机、服务器、应用协议构成网络应用层性能的三要素。主机和服务器是网络连接的两端，应用协议是网络连接的两端数据传输过程的一个约定。方案采用在以太网嵌入系统中运行一个套接字程序作为服务器，应用RS－485通讯协议对远程设备控制和数据采集。这个过程中，网络服务器的性能问题影响最大：服务器的负载、请求队列过长、协议参数设置不当等等。
6 结束语
以太网的低成本、开放性、广泛的开发和应用软件、硬件支持，使得这种嵌入了 TCP／IP协议的单片机数据通信系统，具有成本低、硬件少、运行稳定可靠、传输速度快、开发周期短等优点，有着广泛的应用前景，特别是数据采集、数据传输等远程监控领域，以及智能家电的网络信息化方面。目前，该系统在变电站监控系统、远程数据采集系统中得到成功应用。
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