智能儀器是計(jì)算機(jī)技術(shù)與測試技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，儀器內(nèi)部帶有處理能力很強(qiáng)的智能軟件
。儀器儀表已不再是簡單的硬件實(shí)體，而是硬件、軟件相結(jié)合。近年來，智能儀器已開始
從較為成熟的數(shù)據(jù)處理向知識處理發(fā)展，使其功能向更高層次發(fā)展。
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。
硬件層主要指遠(yuǎn)端傳感器信號采集單元，包括微處理器系統(tǒng)、信號采集系統(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，該層主要功能是提供一個(gè)控制信號采集和數(shù)
據(jù)流傳輸?shù)钠脚_。該平臺的前端模塊單元的主要資源有處理器、存儲器、信號采集單元和
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化。
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)測試儀器的其它功能。缺點(diǎn)是成本略高，硬件略復(fù)雜。
(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)。
系統(tǒng)進(jìn)行初始化操作，主要是對網(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。之后啟動遠(yuǎn)程DMA，數(shù)據(jù)寫入
RTL8019AS的RAM，再啟動本地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。
“網(wǎng)絡(luò)就是儀器”的概念，確切的概述了儀器的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展趨勢。以PC機(jī)和工作站
為基礎(chǔ)，通過組建網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)成實(shí)用的測控系統(tǒng)，提高生產(chǎn)效率和共享信息資源，已成為現(xiàn)
代儀器儀表發(fā)展的方向。某種意義上計(jì)算機(jī)和現(xiàn)代儀器儀表已相互包容，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就是
通用的儀器網(wǎng)絡(luò)。如果在測控系統(tǒng)中由更多不同類型的智能設(shè)備也像計(jì)算機(jī)和工作站一樣
成為網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)聯(lián)入網(wǎng)絡(luò)，它們充分利用目前已比較成熟的Internet網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，則將不
僅能實(shí)現(xiàn)更多資源的共享、降低組建系統(tǒng)的費(fèi)用，還可提高測控系統(tǒng)的功能，并拓展其應(yīng)
用的范圍。
