基于RTL8019AS的TCP/IP通信协议以太网的实现*

郭 静，陈晓宇

（河南机电高等专科学校，河南 新乡 453000）

RTL8019AS是我国台湾Realtek公司生产的一种高集成度的以太网控制器，适用于即插即用NE2000可兼容适配器，并具有全双工和省电特点。三种省电控制特点使得RTL8019AS成为绿色PC系统网络器件的理想选择。全双工功能使得RTL8019AS可通过双绞线与全双工以太网网关连接，进行同步收发。虽然ISO推出了网络协议模型，并且实际应用中出现了多种网络及协议，目前应用最广泛的应该是TCP/IP协议。

1 以太网的构成

1.1 传输介质

所谓的传输介质，就是用什么办法将各个网络节点连接起来。我们生活中最常见的就是网线，一般是灰色的塑料皮，里面包有8根，4对不同颜色的导线。两端接口处，使用RJ45接头(也叫水晶头)连接起来。通常网线有两种类型:直通网线和交叉网线。所谓的直通网线就是RJ45两端的导线排列方式一致，实际使用时，一端接在PC机的网卡上，另一端接在HUB或者路由器上［1］。

1.2 物理层通信标准

在网线上进行传输的是数字信号，因此需要对这些信号进行组织，并且建立同步信号。通常将一组数据信号叫做一帧。目前物理层使用的通信标准是802.3，它定义的每帧中的各域如图1所示。

图1 802.3帧格式

填充位可变，如果数据域的数据小于46字节，那么就由填充位将不够的部分补齐，以保证整个帧的数据(除去前导位和帧起始位)为60字节。目的MAC地址为此帧要发送到的MAC地址(此地址全球唯一)，源MAC地址为发送本节点的MAC地址，一共6字节，由低位到高位分别用16进制表示，可在dos命令行中用ipconfig命令查询本机的网卡地址。

2 TCP/IP协议

TCP/IP在整个网络系统的地位如图2所示。

电子邮件协议:SMTP，远程登录协议:TELNET，RPC，文件传输协议:FTP，TFTP，WWW浏览协议:HTML(超文本标记语言)，网络管理协议:SNMP，域名系统:DNS，抽象语法记号:ASN.1，引导程序:BOOTP＆DHCP。查错和控制报文协议:ICMP，组播协议:IGMP，地址解释协议:ARP，RARP，路由协议:GGP，SPF，EGP，RIP，OSPF 等。

图2 TCP/IP协议

3 RTL8019AS

3.1 RTL8019AS简介

由台湾Realtek公司生产的RTL8019AS以太网控制器，由于其优良的性能、低廉的价格，使其在市场上10Mbps网卡中占有相当的比例。

主要性能:

1)符号 Ethernet II与 IEEE802.3(10Base5、10Base2、10BaseT)标准;

2)全双工，收发可同时达到10Mbps的速率;

3)内置16KB的SRAM，用于收发缓冲，降低对主处理器的速度要求;

4)支持8/16位数据总线，8个中断申请线以及16个I/O基地址选择;

5)支持 UTP、AUI、BNC 自动检测，还支持对10BaseT拓扑结构的自动极性修正;

6)允许4个诊断LED引脚可编程输出;

7)100脚的PQFP封装，缩小了PCB尺寸。

3.2 RTL8019AS内部结构

RTL8019AS内部可分为远程 DMA接口、本地DMA接口、MAC(介质访问控制)逻辑、数据编码解码逻辑和其他端口。

4 RTL8019AS与S3C44B0X或TMS320LF2407的连接

4.1 系统连接

此次调试RTL8019AS所用的实验箱型号为:S3CEV40－I，Arm型号为S3C44B0X。与RTL8019AS的连接如图3所示。

图3 S3C44B0X与RTL8019AS的连接图

由上图可以看出，地址线的 A13－9连接到RTL8019AS的SA［4－0］，另外片选线通过74LV138接到RTL8019AS的AEN引脚。若使CS7为0，必须nGCS1=0(A25=1)，A20=1，A19=1，A18=0，即RTL8019AS 的基地址为 0000，0010，0001，10000，0000，0000，0000，0000B，即 RegAdd(Base)=2180000H。

由于SA0连接到A9，所以RTL8019AS的对应到S3C44B0X的地址必须右移9位，即:

4.2 发送数据

按照下图4格式向RTL8019AS的远程DMA(地址10H～17H，任何一个都可)后，启动发送命令，RTL8019AS就按照802.3的格式发出数据帧。

图4 向RTL8019AS发送数据的格式

从RTL8019AS接收到的数据的帧格式如图5。

图5 RTL8019AS接收帧格式

4.3 调试

对于网络的分析，必须查看物理连接是否正确，然后再查看帧的各域数据是否完整、正确。完成这一功能的软件，称为抓包工具，常用的是Ethereal。Ethereal的使用如下:

安装完成后，打开Ethereal后，点击图8中红色圆圈圈住的地方，进行基本配置，出现的配置界面如图6示。

图6 捕获选项设置

如图8所示，点击下拉框的箭头处，按照所使用的计算机的实际配置选择网卡。设置好网卡后，点击Start，软件就开始抓包了，如图7。

图7 Ethereal正在抓取UDP包

点击Stop，Ethereal停止，显示抓到的数据包的分析结果，如下图8所示。

图8 对抓到的UDP数据报的分析结果

4 结果分析

对图8所抓到的UDP数据报进行分析，可以更加深刻地理解以太网的通信原理。从0－5的6个字节数据是目的节点的MAC地址(此处是笔者所使用的PC机的网卡MAC)，UDP数据报进行分析见表1所示。

注:Ethereal把所有经过所选择网卡的数据包全部抓取，并分析显示。

5 编程应用

在实际编程时，经常用VC或VB等高级语言所提供的控件进行快速开发，如WinSocket等。在使用此类控件进行编程时，在程序调试时，程序员所能看到的数据仅仅是收到的应用数据，比如使用UDP协议，只能看到UDP数据域中的数据(即是表3中的6个字节的数)。

如果下位机发送出去数据，PC机没有反应，应该是下面几方面的问题:

(1)物理连接不正常，网线没有连接好。

(2)发出的数据帧格式不正确，或者校验和数据不对。

(3)IP或者UDP的长度与实际长度不一致。

(4)IP地址不在同一个网段内，或者目的MAC地址与接收方的MAC地址不一致。

对于前三种情况，最好运行Ethereal进行抓包，如果没有任何数据，说明物理连接有问题，使用万用表或者网络测试仪测试一下。如果数据帧中的数据不对，Ethereal会指出错误所在，并给出正确的数据。

如果属于第4种情况，在dos命令行运行arp–a命令，查看设置，如果没有，这需要使用arp–s IP MAC根据实际情况进行设置，然后再调试程序即可。(此处设置的目的是告诉PC机，它的数据包的目的MAC和IP地址)，如图9所示。

图9 目的MAC、IP的设置

6 结束语

本文以基于TCP/IP技术终端系统的研究为例，详细讲述了RTL8019AS网卡芯片的实现方法，并给出了单片机中TCP/IP协议的精简方案。本系统已经在实践中得到较好的应用，其可行性、可靠性和灵活性已经得到证实，并且基于以太网系统低廉的造价、简洁的布线更使得基于RTL8019AS的以太网技术成为了替代传统现场总线技术的一种重要手段。

［1］吴全玉，陈杰.基于RTL8019AS的单片机网络通信接口设计［J］.现代电子技术，2008，(1).

［2］陈传虎.基于RTL8019AS的串口与以太网接口转换器的设计［J］.电子工程师，2008，(5).

［3］苏锦秀，杨庆江，张广璐.以太网控制芯片RTL8019AS详细配置［J］.现代电子技术，2007，(2).