網橋將兩個相似的網絡連接起來，并對網絡數據的流通進行管理。它工作于數據鏈路層，不但能擴展網絡的距離或范圍，而且可提高網絡的性能、可靠性和安全性。網絡1和網絡2通過網橋連接后，網橋接收網絡1發送的數據包，檢查數據包中的地址，如果地址屬于網絡1,它就將其放棄，相反，如果是網絡2的地址，它就繼續發送給網絡2.這樣可利用網橋隔離信息，將同一個網絡號劃分成多個網段（屬于同一個網絡號），隔離出安全網段，防止其他網段內的用戶非法訪問。由于網絡的分段，各網段相對獨立（屬于同一個網絡號），一個網段的故障不會影響到另一個網段的運行。

目前，各類智能網橋設計方案基本都是CPU+MAC+PHY+RTOS+TCP/IP STACK的方式，如：PC Gateway+專用網、32位MCU+RTOS、8位或16位單片機+網絡協議包，它們在實時性、可靠性、開發周期、實現難度、價格、開放性和通信效率等方面各有千秋。

PC Gateway+專用網：該方案采用專用網絡（如RS232、RS485、CANBUS等）可以連接多種單片機系統。網關（Gateway）又稱網間連接器、協議轉換器。網關在傳輸層上以實現網絡互連，是最復雜的網絡互連設備，僅用于兩個高層協議不同的網絡互連。網關的結構也和路由器類似，不同的是互連層。網關既可以用于廣域網互連，也可以用于局域網互連。網關是一種充當轉換重任的計算機系統或設備。在使用不同的通信協議、數據格式或語言，甚至體系結構完全不同的兩種系統之間，網關是一個翻譯器。與網橋只是簡單地傳達信息不同，網關對收到的信息要重新打包，以適應目的系統的需求。同時，網關也可以提供過濾和安全功能。大多數網關運行在OSI 7層協議的頂層--應用層。

32位MCU+RTOS:采用32位的高性能嵌入式處理器，在RTOS（實時多任務操作系統）平臺上進行軟件開發，該方案可以完成很多復雜的功能。但這種方案存在如下缺點：高性能嵌入式處理器價格較貴，開發周期長；需要購買昂貴的RTOS軟件，對開發人員的開發能力要求較高。

8位或16位單片機+網絡協議包：該方案有如下優點：不依賴PC機或高性能嵌入式處理器，真正實現8位或16位單片機系統直接接入網絡，整個系統完全自給自足；使用外圍器件少，系統成本低。但是這種方法在實現過程中也存在一些問題，如8位或16位單片機的資源相對較少，提供的功能有限。隨著科技的發展，一些高速度的單片機（如DS80C400）己能基本滿足通常的嵌入式產品對處理性能的要求，采用軟件來實現各種協議處理，便于將來在不改變硬件的情況下，只需改變內置程序即可升級整個嵌入式系統的功能。本文提出以

DS80C400為核心處理器的CAN總線網絡與以太網網互連的一種方案，實現了多路CAN總線網與以太網數據互聯。

1 總體設計

智能（CAN-ETHERNET）網橋作為以太網和現場總線網絡數據傳輸交換的樞紐，完成從CAN到以太網或是從以太網到CAN網絡數據的轉發功能。同時，智能網橋還是一個Web服務器，Web Server將參數顯示和監控等功能均通過網頁的統一界面呈現給用戶。客戶機不需運行專用的監控軟件，只需運行通用的瀏覽器來調用分散在各個受控設備中的嵌入式Web Server上的監控參數顯示頁面，就能達到監控設備的目的。

系統硬件結構框圖如圖1所示：

2 DS80C400以太網控制模塊

DS80C400網絡微控制器是目前集成度最高的8051器件。集成外設包括10/100以太網MAC,三個串行端口，一個CAN 2.0B控制器，1-Wire?主機和64個I/O引腳。為了便于訪問網絡，在ROM中提供了一個完整的、可被應用訪問的TCP IPv4/6網絡棧和OS.網棧支持最多32個并發的TCP連接，并且能夠通過以太網MAC提供高達5Mbps的吞吐率。最高達75MHz的系統時鐘頻率使最短指令周期僅有54ns.24位尋址方式簡化了對于大容量程序或數據存儲器的訪問，支持高達16MB的連續存儲空間。

緩沖區控制單元（BCU）： 緩沖區控制單元（BCU）是DS80C400的以太網接口的中心控制單元。BCU通過一系列的SFR調節CPU,控制以太網模塊的讀/寫活動。

CSR=ControlandStatusRegister最常見的有"指令指針寄存器","標志寄存器","機器狀態字","程序計數器"等等，各種處理器/微機上的叫法有點差別，而且控制的功能也不一定相同，但都是用于控制處理器的操作。大多數這類寄存器對用戶是不可見的。

命令狀態寄存器（CSR）：CSR寄存器本質上是定義以太網控制器的操作特性。CSR寄存器包括下面幾項：

MAC物理地址：發送，接受和流控制設置；地址檢查模塊使用的組播哈希表；地址檢查模塊需要的過濾模式和好/壞幀控制；VLAN標簽標識符；喚醒幀過濾器；串行的MII物理設備管理總線的寄存器界面。

Medium Access Control介質訪問控制層，屬于OSI模型中數據鏈路層下層子層--物理層。它定義了數據幀怎樣在介質上進行傳輸。在共享同一個帶寬的鏈路中，對連接介質的訪問是"先來先服務"的。物理尋址在此處被定義，邏輯拓撲（信號通過物理拓撲的路徑）也在此處被定義。線路控制、出錯通知（不糾正）、幀的傳遞順序和可選擇的流量控制也在這一子層實現。

MII 管理模塊：MII管理模塊允許主機從32個寄存器中的任意一個讀取狀態信息。MII管理模塊通過2線的串行接口和外部物理設備進行通信。

MII I/O模塊：MII 1/0模塊支持所有的在DS80C400的MAC和外部物理設備之間的數據發送和接收，同時監控由PHY提供的網絡狀態信號。

地址檢查模塊：以太網控制器的地址檢查模塊監控所有到來包的目的地址，然后決定是地址是否能夠通過由CPU設置的過濾標準。決定幀是廣播還是組播的地址過濾的結果和位由BCU通過包的接收狀態報告給CPU.

接收/發送緩沖存儲：DS80C400以太網控制器使用8KB的內部SRAM作為發送/接收包緩沖區。CPU可以使用MOVX指令對這個SRAM進行讀/寫訪問。

電源管理模塊：DS80C400以太網控制器包含了一個電源管理模塊，它可以使以太網控制器通過CPU進入休眠模式，這樣當沒有以太網通信要處理時以便節約能源。

以太網是Xerox公司發明的基帶LAN標準。它采用帶沖突檢測的載波監聽多路訪問協議（CSMA/CD），速率為10Mbps,傳輸介質為同軸電纜。以太網是在20世紀70年代為解決網絡中零散的和偶然的堵塞而開發的，而IEEE802.3標準是在最初的以太網技術基礎上于1980年開發成功的。現在，以太網一詞泛指所有采用CSMA/CD協議的局域網。以太網2.0版由數字設備公司、Intel公司和Xerox公司聯合開發，它與IEEE802.3兼容。

3 系統硬件設計

本系統以DS80C400為核心處理器，采用PCA82C250為CAN總線收發器，用SJA1000作總線控制器，以太網交換電路主要是采用五口交換芯片RTL8305SB來實現，用100BASE_FX光纖收發器完成以太網物理層數據傳輸。以下著重介紹DS80C400 MII模塊與外部物理設備之間的連接。

DS80C400 MII管理模塊通過2線串行接口與外部物理設備相連，MDC提供串行時鐘信號，MDIO則作為I/O口與外設進行通信。MII I/O模塊支持DS80C400 MAC與外部物理設備之間的發送與接收數據傳輸，并且通過外設提供的信號監控網絡的狀態。發送接口由TXCLK,TX_EN,TXD[3:0]組成，其中，TXCLK是由外設提供的發送時鐘，對于10MBPS操作，TXCLK應當運行在2.5MHZ,而100MBPS,TXCLK應至少運行在25MHZ.TXD[3:0]四位數據總線發送幘到外設。接收接口由RXCLK、RX_DV、RX_ER、RXD[3:0]組成，其中，RXCLK是由外設提供的接收時鐘，其時鐘要求與發送接口類同。RXD[3:0]四位數據總線接收從外設發送來的幀。RX_DV=1表示接收有效，RX_ER指出接收錯誤。MII也能通過外設提供的CRS、COL信號監控網絡狀態。

DS80C400 MII與外部物理設備連接如圖3所示：

4 系統軟件設計

系統軟件設計是整個設計中最為重要部分之一，利用DS80C400進行嵌入式系統開發并不像標準8051單片機開發那樣簡單，在除了KEILC軟件環境外，它還需要特定的軟件開發平臺，DS80C400內部強大的ROM功能，使得系統軟件的開發周期短，系統功能強大。

4.1 DS80C400軟件開發平臺

DALLAS公司為DS80C400提供了兩種串行加載工具，MTK和JAVAKIT.其中MTK簡潔好用，但是目前MTK僅僅支持WINDOWS平臺。JAVAKIT是一款基于JAVA的圖形界面程序。JAVAKIT的運行需要以下幾個附加軟件同時運行：JAVA Development Environment;Java Communications API;TINI Software Development KitAVAKIT 可以應用于WINDOWS,LINUX以及MAC OSX平臺，但是JAVAKIT的配置雖然比較煩鎖。

在PC機的命令行界面正確配置JAVAKIT需注意如下命令配置：

（1）set path=%path%; X:jdkbin;

（2）set classpath=X:jdklibcomm.jar;

（3）set classpath=X:tinibintini.jar;%classpath%

4.2 系統實現

DS80C400內部ROM嵌入的TINI OS使各個任務相互獨立且具有不同的優先級來保證緊急任務及時響應，從而有效地實現任務調度。內部嵌入的工業標準SOCKET套接字方便了網絡系統的開發。

系統軟件框架如圖4所示：

（1）任務劃分

本系統根據各個任務的重要性，把整個模塊分成以下幾個不同優先級的應用任務，即系統監控、CAN數據發送、以太網數據發送、協議轉換、LED顯示、系統配置。

（2）任務實現

任務劃分以后，各任務便具有獨立的堆棧空間，彼此爭奪CPU的使用權。一旦獲得CPU使用權，就會獨立運行。完成特定的功能。

（3）任務的同步與調度

DS80C400內嵌的任務調度程序有其獨到之處，用戶可以直接利用系統的接口函數編寫應用程序，不需要另行開發。基于DS80C400的CAN-ETHERNET智能網橋在實驗調試過程中，運行狀況良好，工作穩定。

5 結束語

利用DS80C400微控制器作嵌入式系統開發，可以方便地開發網絡應用系統，大大提高開發效率，這是其它8051單片機所不能比擬的。將DS80C400用于嵌入式系統開發有十分廣闊的前景，對推動嵌入式系統在國內的應用有十分重要的意義。