摘要：运用嵌入式Internet技术，设计了一个基于TCP/IP协议的嵌入式网络打印服务器，给出了系统中TCP/IP协议的剪裁方案，分析了系统软硬件的设计思路,最后通过测试程序验证了其可行性。

关键词：嵌入式 以太网 TCP/IP协议 网络打印

随着信息技术的发展和网络时代的到来，基于TCP/IP协议的嵌入式Internet技术越来越受到人们的关注。目前，大多数嵌入式设备仍处于孤立应用阶段[1]，为了实现多个MCU之间的信息共享和交流，通常利用CAN、RS232和RS485等总线组网。但是这些网络的有效半径较短，并且孤立于Internet网络以外，如果能把嵌入式设备直接接入Internet，就可以用方便、低廉的方式实现信息的共享。因此，研究和应用嵌入式Internet技术具有非常重要的意义。

传统的网络打印有两种方法：一种是采用“网络共享方式”，另一种是使用专用网络打印机。专用网络打印机成本很高，普通用户难以承受。若采用“网络共享方式”打印，网内必须有一台计算机来充当打印服务器，若这台计算机出现故障或关机，网内的其它计算机就无法打印，使用起来很不方便。嵌入式网络打印服务器解决了这个问题，使普通打印机不再是依附于主机的一外设，而成为网络中一个孤立的设备，使用起来更加灵活方便。本文在研究嵌入式Internet技术的基础上，设计了基于TCP/IP协议的嵌入式网络打印服务器，普通打印机通过此嵌入式打印服务器可直接接在Hub上，升级为一台“网络打印机”。客户端可在局域网内部实现网络打印，远端客户可通过网关实现远程打印。其具体结构如图1所示。

1 系统总体结构

1.1 硬件电路

嵌入式打印服务器的硬件电路如图2所示。该电路主要包括以下四部分：①微处理器；②以太网控制器；③打印机接口电路；④串口通讯电路。

嵌入式打印服务器需要处理复杂的TCP/IP协议和以太网驱动程序，程序代码较长，但系统要求快速地处理以太网帧，顺利完成数据收发任务。基于以上考虑，微处理器采用台湾Winbond公司的W77E58，此芯片内核与51系列兼容，内含32K FLASH ROM，指令的执行速度很快，是普通51系列单片机的3～4倍，时钟频率最高可设置为40MHz。此芯片内含三个16位的定时/计数器，两个全双工串行口，一个软件可编程的看门狗定时器。采用软件看门狗技术，可用来提高本系统的抗干扰能力，防止程序跑飞。

网卡接口芯片采用性价比较高的全双工的RTL8019AS。此芯片为10M ISA以太网控制器芯片，为100个引脚PQFP封装，内部集成有16MB SRAM，与NE2000兼容，16位数据总线，可配置为8位DMA方式进行数据传输，与8位单片机接口方便[2]。

另外，系统还扩展一片62256 RAM和一片24C02 E2PROM。RAM的作用有两个：一是用来缓存从网卡芯片接收下来的数据帧，二是用作打印数据的缓冲和串口通讯数据的缓冲，以提高数据的吞吐率。24C02为串行E2PROM，其容量为2KB，可通过I2C总线与单片机通信，其接口非常简单，只需要通过SCL和SDA两条线与单片机相连即可。其作用是用来存储上位机通过RS232串口下载下来的一些重要参数，如主机的IP地址、子网俺码、网关IP地址等。这里采用MAX232作为RS232的电平转换芯片，完成TTL电平到RS232电平的转换，实现上位PC机与单片机之间的通讯。

1.2 软件设计

软硬件开发工具分别选用Keil C51编译器和伟福6000仿真器。程序主要包括以下四部分：①以太网驱动程序；②TCP/IP协议解析程序；③打印机接口程序；④串口通讯中断服务程序。图3为主程序流程图。

1.2.1 以太网驱动程序

首先对RTL8019AS进行复位操作。复位操作有两种方法：冷复位和热复位。

（1） 冷复位

将W77E58的T0引脚接RTL8019AS的复位端RSTDRV进行复位操作，高电平有效。复位过程将执行一些基本操作，至少需要1μs的时间，推荐等待更久的时间如100ms之后才对它操作，以确保芯片完全复位。

（2） 热复位

直接将RST8019AS的复位端RSTDRV与单片机的RESET引脚相连，单片机复位的时候，RST8019AS也复位。RST8019AS中地址为18H～1FH的寄存器端口均为复位端口。对以上端口俺数地址读或得写入任何数，都会使网卡芯片复位。

复位以后对RST8019AS芯片中某些寄存器进行配置，确定其工作方式。配置好后，就可以开始接收或发送数据了。

接收数据包时，采用查询方式将查询程序放在一个大循环中，反复查询是否有新数据包到达，若有则接收下来。编程时应该特别注意的是：RST8019AS接收到的数据包的帧格式与以太网帧格式并不一致[3]，RST8019AS自动填加了接收状态、下一页指针、以太网帧长度三个字段（四个字节），其结构如表1所示。所以编程时需要按照此格式才能正确地接收数据。

表1 RTL8019AS接收到的数据包的帧格式