網(wǎng)絡(luò)化儀器的體系結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)
1 抽象模型
　　網(wǎng)絡(luò)化儀器是電工電子、計(jì)算機(jī)硬件軟件以及網(wǎng)絡(luò)、通信等多方面技術(shù)的有機(jī)組合體，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，多采用體系結(jié)構(gòu)來表示其總體框架和系統(tǒng)特點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)化儀器的體系結(jié)構(gòu)，包括基本網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)硬件、應(yīng)用軟件和各種協(xié)議。圖1是網(wǎng)絡(luò)化儀器體系結(jié)構(gòu)的一個(gè)簡(jiǎn)單模型，該模型將網(wǎng)絡(luò)化儀器劃分成若干邏輯層，可更本質(zhì)的反映網(wǎng)絡(luò)化儀器具有的信息采集、存儲(chǔ)、傳輸和分析處理的原理特征
網(wǎng)絡(luò)化儀器體系結(jié)構(gòu)抽象模型
　　首先是硬件層，主要指遠(yuǎn)端傳感器信號(hào)采集單元，包括微處理器系統(tǒng)、信號(hào)采集系統(tǒng)、硬件協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)流傳輸控制系統(tǒng)。硬件層功能的實(shí)現(xiàn)得益于嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)步和近年來大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，硬件協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)流傳輸控制依靠FPGA/CPLD實(shí)現(xiàn)。
　　另一個(gè)邏輯層是嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核，該層的主要功能是提供一個(gè)控制信號(hào)采集和數(shù)據(jù)流傳輸?shù)钠脚_(tái)。該平臺(tái)的前端模塊單元的主要資源有處理器、存儲(chǔ)器、信號(hào)采集單元和信息；主要功能是合理分配、控制處理器，控制信號(hào)的采集單元以使其正常工作，并保證數(shù)據(jù)流的有效傳輸。該邏輯層主要由鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和接口等組成。根據(jù)應(yīng)用的不同，本層的具體實(shí)現(xiàn)方式可能不同，且可在一定程序上簡(jiǎn)化。
2外圍硬件設(shè)計(jì)方案
　　Internet或以太網(wǎng)通信的硬件設(shè)計(jì)方案有兩個(gè)。
　　（1）以CPU作為控制器，使用C語言編程實(shí)現(xiàn)TCP/IP通信。優(yōu)點(diǎn)是：CPU的處理能力較強(qiáng)，便于實(shí)現(xiàn)測(cè)試儀器的其它功能。缺點(diǎn)是成本略高，硬件略復(fù)雜。
網(wǎng)絡(luò)化儀器結(jié)構(gòu) 
（2）使用51系列單片機(jī)作為控制器的CPU，不采用嵌入式操作系統(tǒng)，直接使用C51編程，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議和TCP/IP協(xié)議。優(yōu)點(diǎn)是硬件比較簡(jiǎn)單，價(jià)格低。缺點(diǎn)是軟件工作量大，難度也大。以單片機(jī)為核心、采用RTL8019以太網(wǎng)接口芯片為網(wǎng)絡(luò)儀器接口所組成的網(wǎng)絡(luò)化儀器的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。
3 協(xié)議和設(shè)計(jì)
　　系統(tǒng)進(jìn)行初始化操作，主要是對(duì)網(wǎng)絡(luò)接口芯片進(jìn)行配置。配置完后，系統(tǒng)處于等待狀態(tài)，直到客戶方有數(shù)據(jù)發(fā)送過來。數(shù)據(jù)的接收是通過網(wǎng)絡(luò)接口芯片實(shí)現(xiàn)的，它能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)上的物理幀進(jìn)行包過濾。當(dāng)一個(gè)以太點(diǎn)的信息幀被發(fā)送到共享的信號(hào)信道或介質(zhì)時(shí)，所有與信道相連的以太網(wǎng)接口都讀入該幀，并且查看該幀的*個(gè)48bit地址字段，其中包含有目的地址。各個(gè)接口把幀的目的地址與自己的48bit地址進(jìn)行比較。如果該地址與幀的目的地址相同，則該以太點(diǎn)將繼續(xù)讀入整個(gè)幀，并將它送給計(jì)算機(jī)正在運(yùn)行的上層網(wǎng)絡(luò)軟件。上層網(wǎng)絡(luò)軟件讀入幀的類型字段，判斷這個(gè)信息幀是ARP包還是IP包，然后再交給不同的協(xié)議棧處理。當(dāng)其他的網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)現(xiàn)目的地址與它們的地址不同時(shí)，就會(huì)停止讀入該幀。
　　發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，將待發(fā)送的數(shù)據(jù)按幀格式封裝，通過遠(yuǎn)程DMA通道送到RTL8019AS中的發(fā)送緩沖區(qū)，然后發(fā)出傳送命令，完成幀的發(fā)送。需要設(shè)置以太網(wǎng)目的地址、以太網(wǎng)源地址、協(xié)議類型，再按所設(shè)置的協(xié)議類型來設(shè)置數(shù)據(jù)段。之后啟動(dòng)遠(yuǎn)程DMA，數(shù)據(jù)寫入RTL8019AS的RAM，再啟動(dòng)本地DMA，將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)上。RTL8019AS無法將數(shù)據(jù)包通過DMA通道一次存入FIFO，則在構(gòu)成一個(gè)新的數(shù)據(jù)包之前必須先等待前一數(shù)據(jù)包發(fā)送完成。為提高發(fā)送效率，設(shè)計(jì)將12頁的發(fā)送緩存區(qū)分為兩個(gè)6頁的發(fā)送緩沖區(qū)，一個(gè)用于數(shù)據(jù)包發(fā)送，另一個(gè)用于構(gòu)造端的數(shù)據(jù)包，交替使用。