8.Interfeţe pentru reţeaua Ethernet

Cuprins şi obiective1.Introducere2.Circuitul interfaţă de reţea RTL 8019 3. Cadru de date la transmisia Ethernet 4. Circuitul interfaţă de reţea CS8900A5. Interfaţarea circuitelor CS8900 şi RTL 8019 cu microcontrollere6. Web server Site Player

1.Introducere2.Circuitul interfaţă de reţea RTL 8019 3. Cadru de date la transmisia Ethernet 4. Circuitul interfaţă de reţea CS8900A5. Interfaţarea circuitelor CS8900 şi RTL 8019 cu microcontrollere6. Web server Site Player

După parcurgerea acestui modul studenţii vor înţelege mai bine utilitatea părţii fundamentale, se vor familiariza cu nivelul fizic al transmisiei Ethernet şi vor vedea câteva exemple de interfaţare a unor circuite specializate cu microcontrollere. La sfârşit vor vedea principiul şi utilitatea unui web server şi vor putea să-şi imagineze o serie întreagă de aplicaţii posibile prin interfaţarea acestuia cu un microcontroller.Obiective specifice:1.Cunoaşterea unor tipuri de transmisii seriale şi interfeţe seriale ca structură, protocol şi interfeţe tipice2.Înţelegerea noţiunilor prin exemplificări practice

După parcurgerea acestui modul studenţii vor înţelege mai bine utilitatea părţii fundamentale, se vor familiariza cu nivelul fizic al transmisiei Ethernet şi vor vedea câteva exemple de interfaţare a unor circuite specializate cu microcontrollere. La sfârşit vor vedea principiul şi utilitatea unui web server şi vor putea să-şi imagineze o serie întreagă de aplicaţii posibile prin interfaţarea acestuia cu un microcontroller.Obiective specifice:1.Cunoaşterea unor tipuri de transmisii seriale şi interfeţe seriale ca structură, protocol şi interfeţe tipice2.Înţelegerea noţiunilor prin exemplificări practice

Topologia reţelei

În lumina aspectelor teoretice parcurse anterior, transmisia Ethernet este serialăsincronă, cu refacerea tactului din date, informaţia fiind organizată în cadre.

Topologia (structura) este în stea.

Avantaj: întreruperea unui fir nu întrerupe reţeaua;

Dezavantaj: consum mare de cablu.

O altă structură posibilă este topologia bus.

Conexiune INTERNET

Hub

Switch

Router

Strat de protecţie din material plastic

Strat de de rezistenţă

Fibra opticăAcoperire pentru reflexie

Mediul de transmisie

Cablu UTP (Unshielded Twisted Pair), STP (Shielded Twisted Pair) cu 4 perechi de fire şi conector RJ45.

Cablu optic, conectori şi structura internă.

IP

Adresa IP (Internet Protocol) este o adresă numerică alocată fiecărui calculator conectat în Internet. Adresa IP permite identificarea expeditorului şi destinaţiei unui mesaj.Prima versiune apărută care este folosită şi astăzi este IPv4 în care adresa este pe 32 de biţi. Reprezentarea canonică a IP-ului IPv4 este pe grupe de 8 biţi, în zecimal, separate de punct, de exemplu: 192.168.0.1Creşterea numărului de calculatoare cuplate în Internet a făcut ca IP-urile în această versiune să fie insuficiente şi astfel a apărut IPv6, pe 128 biţi.Autoritatea internaţională Internet Assigned Numbers Authority (IANA) distribuie adresele IP la 5 autorităţi regionale care apoi le distribuie la ISP (Internet Service Provider)

Transmisia prin cabluFiecare calculator trimite date

serial pe Tx şi recepţionează date pe Rx. Două perechi de fire sunt libere pentru conectarea unei linii telefonice.

Cadrul (şirul) de date seriale conţine adresa IP a sursei şi a destinaţiei.

Hub-ul trimite toate mesajele la toate calculatoarele.

Switch-ul analizează adresa destinatarului şi trimite datele doar la destinatar.

Calculator 1

Calculator 2

Calculator 3

Rx

Tx

Rx

Tx

Rx

Tx

HUB

Transmisia prin cablu

În plus faţă de Switch Router-ul stabileşte automat adrese IP pentru fiecare calculator cuplat şi analizează traficul.Routerul permite conexiunea la Internet.

Rx

Tx

Rx

Tx

Rx

Tx

ROUTERCalculator 1

Calculator 2

Calculator 3

IP1

IP2

IP3

Bloc conexiune Internet

După tipul conexiunii la Internet router-ele pot fi:

•Cuplate prin UTP

•Cuplate prin linia telefonică

•Cuplate optic

Coliziuni

Dacă 2 sau mai multe calculatoare transmit date în exact acelaşi moment se produce o coliziune.

t

Nivel linie calculator 1

t

Nivel linie calculator 2

t

Nivel linie rezultat

Niciun calculator nu citeşte ce a scris pe linie, deci s-a detectat o coliziune

Circuitul interfaţă de reţea RTL 8019

Schema bloc a circuitului RTL 8019

Interfaţa cu magistrala

Interfaţa cu magistrala

Serializare/ deserializare

Codare/ decodareIntroducere/

recunoaştere adresă proprie

Serializare/ deserializare

Codare/ decodareIntroducere/

recunoaştere adresă proprie

Interfaţa cu mediul de transmisie

Interfaţa cu mediul de transmisie

10BaseT10BaseT

Memorie proprie SRAM

16Kocteţi

Memorie proprie SRAM

16Kocteţi

Comanda memoriei EEPROM

Comanda memoriei EEPROM

Comanda memoriei

SRAM externe

Comanda memoriei

SRAM externe

Comanda memoriei BROM

Comanda memoriei BROM

RTL 8019 este un controller de reţea Ethernet produs de Realtek care oferă o soluţie simplă şi performantă aplicaţiilor cu transfer de date prin reţea. Circuitul permite transfer full duplex pe UTP.

Conectarea RTL8019 la un microcontroller RISC

Vcc

Vcc

Vcc

Vcc

Vcc Vcc

Vcc

Vcc

D7

A0

D5

A4

D2

D0

D6D4

D6

D4

A1

D0D1

A2

A2

D2

D7

A0

D3

A3

A1

D5

D3

D1

A4A3

Db0

Db1

Db2

Db3

Db4

Db5

Db6

Db7

Db0Db1Db2Db3Db4Db5Db6Db7

RTL8019AS

U5

U2

RTL8019AS

1234

5

6

789

10111213

14

1516

17

18192021222324252627

28

2930

50

4948

47

4645

44

4342414039383736

3534

33

3231

80797877

7675

74737271

70

69686766

65

64

63

626160

5958

57

56555453

52

51

8182

83

8485

86

8788

89

909192939495

96

979899

100

INT3INT2INT1INT0

SA0

VDD

SA1SA2SA3SA4SA5SA6SA7

GND

SA8SA9

VDD

SA10SA11SA12SA13SA14SA15SA16SA17SA18SA19

GND

IORBIOWB

OSCI

TX+TX-

VDD

LDHD

GND

SD7SD6SD5SD4SD3SD2SD1SD0

IOCHRDYAEN

RSTDRV

SMEMWBSMEMRB

BD4BD5BD6BD7

EECSBCSB

BA14BA15BA16BA17

VDD

BA18BA19BA20BA21

JP

AUI

LED2

LED1LED0

LEDBNC

TPIN+TPIN-

VDD

RX+RX-

CD+CD-

GND

OSCO

BD3BD2

GND

BD1BD0

GND

SD15SD14

VDD

SD13SD12SD11SD10SD9SD8

IOCS16B

INT7INT6INT5INT4

RJ-45

UTP

6

3

2

1

TPRX-

TPRX+

TPTX-

TPTX+

200R4

C530pF

C610nF

C210nF

C430pF

+C11

1uF

1

+C9

1uF

U1

AT90S8515

9

1819

20

293031

40

2122232425262728

1011121314151617

12345678

3938373635343332

RESET

XTAL2XTAL1

GND

OC1BALEICP

VCC

PC0/A8PC1/A9

PC2/A10PC3/A11PC4/A12PC5/A13PC6/A14PC7/A15

PD0/RXDPD1/TXDPD2/INT0PD3/INT1PD4PD5/OC1APD6/WRPD7/RD

PB0/T0PB1/T1PB2/AIN0PB3/AIN1PB4/SSPB5/MOSIPB6/MISOPB7/SCK

PA0/AD0PA1/AD1PA2/AD2PA3/AD3PA4/AD4PA5/AD5PA6/AD6PA7/AD7

D2

LED

D1

LED

R3 1K

R2 1K

1

P1

13251224112310229218207196185174163152141

Y2

20MHz

Y1

8MHz

P2

COM

594837261

C710nF

U5MAX232

13

8

11

10

1

3

4

5

2

6

12

9

14

7

16

15

R1

2K

C310nF

C1

0.1uF

+C101uF

+

C8

1uF

20F001N

U7

1

234

56 7

8

91011

12TPOUT+

GNDTPOUT-TPIN+

GNDTPIN- TPRX-

GND

TPRX+TPTX-GND

TPTX+

Circuitul interfaţă de reţea CS8900A

Schema bloc a circuitului CS8900

Controller Ethernet CS8900Controller Ethernet CS8900

BUS

CONTROL

Control al EEPROM

RAM

Magistrala

MAC802.3

Control RAM

EEPROMEEPROM

10BASE-TEmiţător şi filtre

10BASE-TReceptor şi filtre

Transfor-mator de separare

Transfor-mator de separare

RJ45Reţea

Ethernet

Codare-decodare-PLL

Gestionarea puterii consumate

TactTact

Blocurile principale sunt:1.Interfaţa cu magistrala. 2.Memoria internă (4K octeţi) 3.Modulul MAC (Media Access Control) de acces la reţea 4.Interfaţa cu EEPROM. 5.Interfaţa analogică cu reţeaua

Conectarea circuitului CS8900 la un microcontroller

VCC

VCC

VCC

/CS

A0A1A2

D0D1D2D3D4D5D6D7

/WR/RD

/RESET

A3

C3

68p

U1

CS8900A-CQ

373839404142434445464748505152535458596065666768717273742726252421201918

28 29 62 61 49 63 75 34 33 64 32 31 30 35 15 13 11 16 14 12 3654

9 22 56 6990 85 958 10 23 55 57 70 189 86 94 96

77 76 93

8483

8079

8281

92918887

789910017

97

98

2 7 36

SA0SA1SA2SA3SA4SA5SA6SA7SA8SA9SA10SA11SA12SA13SA14SA15SA16SA17SA18SA19SD0SD1SD2SD3SD4SD5SD6SD7SD8SD9SD10SD11SD12SD13SD14SD15

MEMW

MEMR

IOW

IOR

REFRESH

AEN

RESET

MEMCS16

IOCS16

IOCHRDY

INTRQ0

INTRQ1

INTRQ2

INTRQ3

DMARQ0

DMARQ1

DMARQ2

DMACK0

DMACK1

DMACK2

EECS

EEDATAIN

EEDATAOUT

EESK

DVDD1

DVDD2

DVDD3

DVDD4

AVDD1

AVDD2

AVDD3

DVSS1

DVSS1A

DVSS2

DVSS3

DVSS3A

DVSS4

AVSS0

AVSS1

AVSS2

AVSS3

AVSS4

HWSLEEP

TESTSEL

RES

DO-DO+

DI-DI+

CI-CI+

RXD-RXD+TXD-TXD+

BSTATUS/HC1LINKLED/HC0

LANLEDCSOUT

XTAL1

XTAL2

ELCS

CHIPSEL

SBHE

100

JP1

RJ45

12345678

4,99K

R7R

U3A

SN7404

1 2

Y1

20MHz

D2

LED

D1

LED680

680

Transf ormator izolator 10 BASE T

123

16

14

678 9

11

24,9

24,9

C10,1u

C2

0,1u

Conectarea circuitului CS8900 la un microcontroller

VCC

VCC

VCC

VCC

VCC

RS0RS1RS2A3A4A5A6A7

D0

D1D2D3D4D5D6D7

/INT

/WR/RDCLK

/CS

/CSA7

RS1

A3

RS0

A5A4

A7

RS2

A6

D3

D0

D6

D1

D6D7

D4

RESET

D5

D0

/WR

D3D2

D1

D7

/RD

D2

CLK

/INT

D5D4

RESET

R1

8,2K

10u

U2

8282

12345678

911

1918171615141312

I0I1I2I3I4I5I6I7

OESTB

O0O1O2O3O4O5O6O7

SW1RESET

1

2

1K

P2

RS232 DB9

594837261

Y1

GENERATOR 10MHz

1 2

34

U3

MAX232

138 11

10

134526

129

147

16

R1INR2IN T1IN

T2IN

C+C1-C2+C2-V+V-

R1OUTR2OUT

T1OUTT2OUT

Vcc +5V

U1

AT89S53

91819 29

30

31

12345678

2122232425262728

1011121314151617

3938373635343332

RSTXTAL2XTAL1 PSEN

ALE/PROG

EA/VPP

P1.0/T2P1.1/T2-EXP1.2P1.3P1.4//SSP1.5/MOSIP1.6/MISOP1.7/SCK

P2.0/A8P2.1/A9

P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15

P3.0/RXDP3.1/TXD

P3.2/INTOP3.3/INT1

P3.4/TOP3.5/T1

P3.6/WRP3.7/RD

P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7

JCP2

CENTRONICS DB25

11 BUSY

12 PE

13 SELECT IN

10 /ACK

3 D1

2 D0

1 /STROBE

6 D4

5 D3

4 D2

9 D7

8 D6

7 D5

25 GND

24 GND

23 GND

22 GND

21 GND

20 GND

19 GND

18 GND

17 /SELECT

16 /INIT

15 /ERROR

14 /AUTOFEED

1u1u

1u

1u

1u

U4A

SN7400

1

23

U7ASN74126

2 3

1

SN74126

9 8

10

SN74126

56

4

RxD

TxD

Teme

Activitate propusă 1:Există microcontrollere cu interfaţă Ethernet integrată? Dacă da, descrieţi sumar microcontrollerul respectiv.

Activitate propusă 2:Descrieţi ce conexiune Internet aveţi acasă, dacă aveţi router, dacă l-aţi programat singur. Dacă da, descrieţi ce aţi programat în router.

Concluzii

Transmisia de date prin reţeaua Ethernet este cea mai răspândită metodă de transfer de date serial sincron. Se prezintă pe scurt mediul fizic de transmisie şi topologia reţelei, se descriu coliziunile şi cadrul de date. Sunt prezentate sumar două circuite interfaţă de reţea care pot fi interfaţate cu microcontrollere. La fiecare circuit este prezentată o schemă bloc, funcţionarea, funcţiile realizate şi câteva semnale mai importante. Scheme de conectare arată exemple practice de conectare la două tipuri de microcontrollere. La sfârşit este prezentat un web server şi utilitatea lui în anumite aplicaţii, cu un exemplu de realizare la proiect de diplomă.

Transmisia de date prin reţeaua Ethernet este cea mai răspândită metodă de transfer de date serial sincron. Se prezintă pe scurt mediul fizic de transmisie şi topologia reţelei, se descriu coliziunile şi cadrul de date. Sunt prezentate sumar două circuite interfaţă de reţea care pot fi interfaţate cu microcontrollere. La fiecare circuit este prezentată o schemă bloc, funcţionarea, funcţiile realizate şi câteva semnale mai importante. Scheme de conectare arată exemple practice de conectare la două tipuri de microcontrollere. La sfârşit este prezentat un web server şi utilitatea lui în anumite aplicaţii, cu un exemplu de realizare la proiect de diplomă.

Concluzii

Se poate observa că semnale de interfaţă cu magistrala şi cu portul paralel sunt cele studiate în modulele anterioare Magistrale şi Conectarea pe magistrală şi

la un port paralel, ceea ce subliniazăimportanţa aspectelor fundamentale.

Dispozitive IPSite Player

În aproximativ 2 cm pătraţi, SitePlayer include un server web, controller Ethernet 10baseT, memorie pentru stocarea paginilor web, coprocesor pentru obiectele grafice şi o interfaţă serială.

Dispozitive IPSite Player

Cu ajutorul unor imagini *.gif care reprezintăcifrele de la 0 la 9 ale unui display cu leduri se poate realiza un afişaj elegant.

Dispozitive IPCamere IP

Camerele de supraveghere cu IP atât conectate prin cablu cât şi wireless au avantajul că imaginile pot fi vizualizate prin Internet, de la distanţă.

IPTV

Internet Protocol television (IPTV) este un sistem standardizat de transmisie a programelor TV prin Internet, dar cu hardware specific suplimentar de decodare. IPTV are următoarele posibilităţi:

1.Televiziune live cu interactivitate iTV care permite să intervii în spectacol sau emisiuni.

2.Televiziune întârziată care permite să vizionezi emisiuni care au fost difuzate anterior.

3.Video On Demand VOD care permite să alegi emisiunile dorite.

Telefonie IPTelefonia IP (VoIP, Voice over IP) este procesul de transmitere a conversaţiilor vocale

umane prin legături de date de tip IP. Avantajul principal al VoIP faţă de telefonia clasică este preţul redus, datorat faptului că se utilizează reţeaua IP (Internetul) care poate fi folosită în acelaşi timp şi pentru alte servicii, precum navigare web, e-mail, e-banking şi multe altele. Dacă o persoană are calculator conectat la Internet atunci conversaţiile VoIP pot fi realizate cu programe de gen Skype sau Yahoo Voice. Dacă persoana nu deţine calculator conversaţiile se pot realiza cu aparate telefonice cuplate direct la Internet.

Mulţumesc pentru atenţie