當(dāng)前位置:首頁(yè) > 嵌入式 > 嵌入式硬件

摘要: 本文介紹了基于新型獨(dú)立控制芯片CP2200的以太網(wǎng)通訊接口的軟硬件設(shè)計(jì)方法。
關(guān)鍵詞: CP2200;以太網(wǎng);C8051F040;TCP/IP" target="_blank">TCP/IP

引言

當(dāng)前,嵌入式設(shè)計(jì)人員在為遠(yuǎn)程控制或監(jiān)控設(shè)備提供以太網(wǎng)接入時(shí),使用的以太網(wǎng)控制器都是專為個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的,如RTL8019,DM9008,CS8900A 等。這些器件不僅接口電路復(fù)雜、體積較大,而且比較昂貴。CP2200 是Silabs于近期推出的一款獨(dú)立以太網(wǎng)控制器,它符合IEEE 802.3協(xié)議,支持10M以太網(wǎng)接入,而且僅需要很少的外部電路連線就可滿足絕大多數(shù)嵌入式以太網(wǎng)接口的設(shè)計(jì)要求,使得潛入式以太網(wǎng)接口的設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化,占板空間大大減小,系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成本大大降低。
另外,該以太網(wǎng)控制器具有8位并行主機(jī)接口,可以為絕大多數(shù)微控制器或主處理器提供以太網(wǎng)通信功能。8位并行總線接口支持Intel和Motorola總線方式,可以使用復(fù)用或非復(fù)用方式尋址。這些功能加上相關(guān)處理器的TCP/IP協(xié)議棧,使得嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的以太網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)變得極其簡(jiǎn)易。

硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件電路示于圖1。CP2200的外圍電路比較簡(jiǎn)單。

圖1 硬件電路

I/O并行接口

CP2200的并行主機(jī)接口,支持Motorola 和 Intel兩種總線方式,且支持地址數(shù)據(jù)復(fù)用和非復(fù)用方式??梢酝ㄟ^(guò)將MUXEN和MOTEN引腳接地或拉高電平來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)主機(jī)接口總線方式的配置。

以太網(wǎng)變壓器

要實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)接口,以太網(wǎng)變壓器是不可缺少的。在差分接收引腳(RX+/RX-)上,需要一個(gè)專用于10BASE-T 操作的1:1 脈沖變壓器。 在差分發(fā)送引腳(TX+/TX-)上,需要外接一個(gè)帶有中心抽頭的1:2.5 脈沖變壓器。變壓器應(yīng)具有2kV 以上的電壓隔離性能,以防止靜電干擾。發(fā)送端需要兩個(gè)8W(精度為1%)的電阻和一個(gè)560pF 的電容與特定端相連,接收端需要一個(gè)100W電阻與特定端相連。

按照CP2200的要求,筆者采用的是PRJ系列的PRJ-010型變壓器。該變壓器集成了RJ-45接頭,在省去了不少連線的同時(shí)也提高了高頻信號(hào)傳輸?shù)目煽啃浴?br />
其他電路

LINK和ACT引腳輸出電平來(lái)驅(qū)動(dòng)LED,用來(lái)指示網(wǎng)絡(luò)的連接和活動(dòng)狀態(tài)。

所有電源引腳都必須與同一個(gè)外部3.3V 電源相連。類似的,所有參考地都應(yīng)在外部連接到相同的接地點(diǎn)。每個(gè)VDD 和VSS 引腳都應(yīng)連接一個(gè)0.1mF 的陶瓷旁路電容,該電容盡可能靠近引腳。

需要特別說(shuō)明的是,驅(qū)動(dòng)雙絞線接口需要相對(duì)高的電流,因此以太網(wǎng)的收發(fā)數(shù)據(jù)線應(yīng)盡可能短,并且線徑適當(dāng)加大以減少電阻損耗(為了保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸,筆者的PCB電路板選擇了20mil的線徑)。

軟件設(shè)計(jì)

TCP/IP 協(xié)議種類繁多,相互之間交互作用復(fù)雜,在單片機(jī)上不可能實(shí)現(xiàn)所有協(xié)議,所以必須對(duì)協(xié)議棧進(jìn)行剪裁。結(jié)合系統(tǒng)的具體通信要求,筆者的系統(tǒng)最后只保留了TCP、UDP、IP、ICMP、ARP協(xié)議模塊。在協(xié)議棧程序的整體設(shè)計(jì)上,考慮到單片機(jī)的單任務(wù)執(zhí)行方式很難發(fā)揮TCP/IP協(xié)議的特點(diǎn),我們采用了基于事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)方法。該機(jī)制的引入,使得系統(tǒng)在保證具有高效的匯編語(yǔ)言代碼效率的同時(shí),實(shí)時(shí)響應(yīng)性也得到了大幅提高。下面將具體闡述事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制的特點(diǎn)和基于該機(jī)制的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)。

事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制

系統(tǒng)初始化完成后, 進(jìn)入事件循環(huán)體,不斷查詢C8051F040的事件隊(duì)列是否有事件。一旦事件隊(duì)列非空,則讀取事件標(biāo)志字,判斷事件類型,而后調(diào)用對(duì)應(yīng)事件處理子程序。處理子程序執(zhí)行完畢后,仍然返回到事件循環(huán)體中。事件標(biāo)志字由中斷直接或者間接驅(qū)動(dòng),當(dāng)某個(gè)事件發(fā)生后,只需在中斷服務(wù)程序中將狀態(tài)字的對(duì)應(yīng)位置位。中斷不斷向事件隊(duì)列中添加事件,C8051F040處理程序則不停地從事件隊(duì)列中讀取事件標(biāo)志字,處理事件。

事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制的特點(diǎn)為:

*由于在中斷處理程序中,僅僅執(zhí)行了改變事件標(biāo)志字這樣的簡(jiǎn)單程序語(yǔ)句,把事件添加到C8051F040的事件隊(duì)列中后就立即返回。所以系統(tǒng)關(guān)閉中斷的時(shí)間很短。增強(qiáng)了系統(tǒng)對(duì)中斷處理的實(shí)時(shí)性。

*C8051F040根據(jù)當(dāng)前讀取的事件,進(jìn)行相應(yīng)事件處理或者向事件隊(duì)列中添加進(jìn)一步處理所需的事件。這實(shí)際上是把任務(wù)都進(jìn)行了分步處理,在執(zhí)行一步這一任務(wù)的同時(shí),也可以執(zhí)行一步其他任務(wù)。這樣.在不影響主程序流程的情況下,又提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

事件循環(huán)的簡(jiǎn)要流程

圖注:1=EVENT_ETH_ARRIVED;2=EVENT_TCP_RETRAN;3=EVENT_TCP_INACTIVITY;4=EVENT_ARP_RETRAN;5=EVENT_AGE_ARP_CACHE;6=EVENT_COME_NEWDATA;

圖2 事件循環(huán)流程

事件循環(huán)體的簡(jiǎn)要流程如圖2所示,其中各事件的含義分別為:

EVENT_ETH_ARRIVED: 有待處理的以太網(wǎng)幀事件。檢測(cè)到此事件,C8051F040會(huì)調(diào)用讀CP2200接受緩沖區(qū)程序,然后對(duì)幀進(jìn)行解包處理;

EVENT_TCP_RETRAN: TCP重傳事件。當(dāng)TCP定時(shí)器超時(shí),觸發(fā)該事件;

EVENT_TCP_INACTIVITY:關(guān)斷不活動(dòng)連接事件。當(dāng)某連接超過(guò)0.5秒沒(méi)有收發(fā)數(shù)據(jù),則觸發(fā)此事件;
EVENT_ARP_RETRAN:ARP請(qǐng)求數(shù)據(jù)包重傳事件。當(dāng)某一ARP請(qǐng)求在發(fā)出0.5秒后沒(méi)有相應(yīng),則觸發(fā)該事件。經(jīng)兩次重發(fā)都沒(méi)回應(yīng),則將以該IP為目的地址的數(shù)據(jù)包丟棄;

EVENT_AGE_ARP_CACHE:更新ARP緩存事件。每60秒觸發(fā)該事件一次;

EVENT_COME_NEWDATA: 有新數(shù)據(jù)事件。當(dāng)有新數(shù)據(jù)待發(fā)送時(shí),觸發(fā)該事件;

結(jié)語(yǔ)

CP2200的多種集成功能如CRC校驗(yàn),數(shù)據(jù)濾波等有效地減輕了單片機(jī)的載荷,它內(nèi)部的收發(fā)接口單元操作起來(lái)靈活方便,為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包提供了有效的緩沖。芯片具有穩(wěn)定的工作性能和抗干擾抗震性能,筆者利用CP2200, C8051F040單片機(jī)和TCP/IP協(xié)議棧開(kāi)發(fā)出了用于鐵路機(jī)車的以太網(wǎng)通訊接口板卡。此板卡已在測(cè)試機(jī)車上運(yùn)行,工作性能良好,能夠進(jìn)行穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳遞。

參考文獻(xiàn):
1. Silicon Laboratories Inc. CP2200 datasheet. http:///
2. Silicon Semiconductor Inc. c8051f040 datasheet. http:///
3. Special Edition Using TCP/IP,Ramadas Shanmugam ,R.Padmini,S.Nivedita 尹浩瓊 李劍譯 電子工業(yè)出版社
4. 《TCP/IP祥解 卷2 實(shí)現(xiàn)》W.Richard Stevens http:///

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國(guó)汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開(kāi)發(fā)耗時(shí)1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動(dòng) BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來(lái)越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時(shí)企業(yè)卻面臨越來(lái)越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對(duì)日本游戲市場(chǎng)的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)開(kāi)幕式在貴陽(yáng)舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語(yǔ)權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對(duì)環(huán)境變化,經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤(rùn)率延續(xù)升勢(shì) 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長(zhǎng) 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營(yíng)商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺(tái)與中國(guó)電影電視技術(shù)學(xué)會(huì)聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會(huì)上宣布正式成立。 活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng) NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長(zhǎng)三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會(huì)上,軟通動(dòng)力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱"軟通動(dòng)力")與長(zhǎng)三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉