DS80C400在嵌入式智能網(wǎng)橋中的應(yīng)用

目前，各類智能網(wǎng)橋設(shè)計方案基本都是CPU+MAC+PHY+RTOS+TCP/IP STACK的方式，如：PC Gateway+專用網(wǎng)、32位MCU+RTOS、8位或16位單片機+網(wǎng)絡(luò)協(xié)議包，它們在實時性、可靠性、開發(fā)周期、實現(xiàn)難度、價格、開放性和通信效率等方面各有千秋。
PC Gateway+專用網(wǎng)：該方案采用專用網(wǎng)絡(luò)(如RS232、RS485、CANBUS等)可以連接多種單片機系統(tǒng)。但存在如下缺點：需要依賴PC機作為網(wǎng)關(guān)進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，專用網(wǎng)絡(luò)布線極為不便；需要在PC機上安裝價格昂貴的專門的協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件。
    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(wù)操作系統(tǒng)）平臺上進行軟件開發(fā)，該方案可以完成很多復(fù)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(fā)周期長；需要購買昂貴的RTOS軟件，對開發(fā)人員的開發(fā)能力要求較高。
8位或16位單片機+網(wǎng)絡(luò)協(xié)議包：該方案有如下優(yōu)點：不依賴PC機或高性能嵌入式處理器，真正實現(xiàn)8位或16位單片機系統(tǒng)直接接入網(wǎng)絡(luò)，整個系統(tǒng)完全自給自足；使用外圍器件少，系統(tǒng)成本低。但是這種方法在實現(xiàn)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(fā)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(chǎn)品對處理性能的要求，采用軟件來實現(xiàn)各種協(xié)議處理，便于將來在不改變硬件的情況下，只需改變內(nèi)置程序即可升級整個嵌入式系統(tǒng)的功能。本文提出以
DS80C400為核心處理器的CAN總線網(wǎng)絡(luò)與以太網(wǎng)網(wǎng)互連的一種方案，實現(xiàn)了多路CAN總線網(wǎng)與以太網(wǎng)數(shù)據(jù)互聯(lián)。
1  總體設(shè)計
智能(CAN-ETHERNET)網(wǎng)橋作為以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸交換的樞紐，完成從CAN到以太網(wǎng)或是從以太網(wǎng)到CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)功能。同時，智能網(wǎng)橋還是一個Web服務(wù)器，Web Server將參數(shù)顯示和監(jiān)控等功能均通過網(wǎng)頁的統(tǒng)一界面呈現(xiàn)給用戶。客戶機不需運行專用的監(jiān)控軟件，只需運行通用的瀏覽器來調(diào)用分散在各個受控設(shè)備中的嵌入式Web Server上的監(jiān)控參數(shù)顯示頁面，就能達到監(jiān)控設(shè)備的目的。
系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：
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2  DS80C400以太網(wǎng)控制模塊
DS80C400的是一款高集成度8051內(nèi)核處理器，內(nèi)部嵌入功能強大的ROM固件，提供了強大的網(wǎng)絡(luò)連接和網(wǎng)絡(luò)支持功能。DS80C400的超低功耗特性是其它微處理器所無法比擬的。DS80C400芯片上10/100兆MAC和IEEE802.3Mll以及ENDEC PHY的標準接口兼容。
DS80C400 MII模塊主要由緩沖區(qū)控制單元（BCU）、命令狀態(tài)寄存器（CSR）、MAC物理地址、MII 管理模塊、地址檢查模塊、接收/發(fā)送緩沖存儲、電源管理模塊等組成，其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。
緩沖區(qū)控制單元（BCU）： 緩沖區(qū)控制單元(BCU)是DS80C400的以太網(wǎng)接口的中心控制單元。BCU通過一系列的SFR調(diào)節(jié)CPU，控制以太網(wǎng)模塊的讀/寫活動。
命令狀態(tài)寄存器（CSR）：CSR寄存器本質(zhì)上是定義以太網(wǎng)控制器的操作特性。CSR寄存器包括下面幾項：
MAC物理地址：發(fā)送，接受和流控制設(shè)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(shè)備管理總線的寄存器界面。
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(tài)信息。MII管理模塊通過2線的串行接口和外部物理設(shè)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(shè)備之間的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，同時監(jiān)控由PHY提供的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信號。[!--empirenews.page--]
地址檢查模塊：以太網(wǎng)控制器的地址檢查模塊監(jiān)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(shè)置的過濾標準。決定幀是廣播還是組播的地址過濾的結(jié)果和位由BCU通過包的接收狀態(tài)報告給CPU。
接收/發(fā)送緩沖存儲：DS80C400以太網(wǎng)控制器使用8KB的內(nèi)部SRAM作為發(fā)送/接收包緩沖區(qū)。CPU可以使用MOVX指令對這個SRAM進行讀/寫訪問。
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電源管理模塊：DS80C400以太網(wǎng)控制器包含了一個電源管理模塊，它可以使以太網(wǎng)控制器通過CPU進入休眠模式，這樣當(dāng)沒有以太網(wǎng)通信要處理時以便節(jié)約能源。
3 系統(tǒng)硬件設(shè)計
本系統(tǒng)以DS80C400為核心處理器，采用PCA82C250為CAN總線收發(fā)器，用SJA1000作總線控制器，以太網(wǎng)交換電路主要是采用五口交換芯片RTL8305SB來實現(xiàn)，用100BASE_FX光纖收發(fā)器完成以太網(wǎng)物理層數(shù)據(jù)傳輸。以下著重介紹DS80C400　MII模塊與外部物理設(shè)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(shè)備相連，MDC提供串行時鐘信號，MDIO則作為I/O口與外設(shè)進行通信。MII I/O模塊支持DS80C400 MAC與外部物理設(shè)備之間的發(fā)送與接收數(shù)據(jù)傳輸，并且通過外設(shè)提供的信號監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)。發(fā)送接口由TXCLK，TX_EN，TXD[3:0]組成，其中，TXCLK是由外設(shè)提供的發(fā)送時鐘，對于10MBPS操作，TXCLK應(yīng)當(dāng)運行在2.5MHZ，而100MBPS，TXCLK應(yīng)至少運行在25MHZ.TXD[3:0]四位數(shù)據(jù)總線發(fā)送幘到外設(shè)。接收接口由RXCLK、RX_DV、RX_ER、RXD[3:0]組成，其中，RXCLK是由外設(shè)提供的接收時鐘，其時鐘要求與發(fā)送接口類同。RXD[3:0]四位數(shù)據(jù)總線接收從外設(shè)發(fā)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(shè)提供的CRS、COL信號監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。
DS80C400 MII與外部物理設(shè)備連接如圖3所示：

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4  系統(tǒng)軟件設(shè)計
     系統(tǒng)軟件設(shè)計是整個設(shè)計中最為重要部分之一，利用DS80C400進行嵌入式系統(tǒng)開發(fā)并不像標準8051單片機開發(fā)那樣簡單，在除了KEIL　C軟件環(huán)境外，它還需要特定的軟件開發(fā)平臺，DS80C400內(nèi)部強大的ROM功能，使得系統(tǒng)軟件的開發(fā)周期短，系統(tǒng)功能強大。
4．1  DS80C400軟件開發(fā)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 Kit.。AVAKIT 可以應(yīng)用于WINDOWS，LINUX以及MAC OSX平臺，但是JAVAKIT的配置雖然比較煩鎖。應(yīng)當(dāng)注意的是，目前網(wǎng)絡(luò)上流行的javacomm3.0并不支持WINDOWS，當(dāng)用WINDOWS作為開發(fā)平臺時，要下載javacomm2.0才能正確配置JAVAKIT.  [!--empirenews.page--]
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(tǒng)實現(xiàn)
   DS80C400內(nèi)部ROM嵌入的TINI OS使各個任務(wù)相互獨立且具有不同的優(yōu)先級來保證緊急任務(wù)及時響應(yīng)，從而有效地實現(xiàn)任務(wù)調(diào)度。內(nèi)部嵌入的工業(yè)標準SOCKET套接字方便了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開發(fā)。　
系統(tǒng)軟件框架如圖4所示：

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（1）任務(wù)劃分
本系統(tǒng)根據(jù)各個任務(wù)的重要性，把整個模塊分成以下幾個不同優(yōu)先級的應(yīng)用任務(wù)，即系統(tǒng)監(jiān)控、CAN數(shù)據(jù)發(fā)送、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送、協(xié)議轉(zhuǎn)換、LED顯示、系統(tǒng)配置。
（2）任務(wù)實現(xiàn)
任務(wù)劃分以后，各任務(wù)便具有獨立的堆?？臻g，彼此爭奪CPU的使用權(quán)。一旦獲得CPU使用權(quán)，就會獨立運行。完成特定的功能。
（3）任務(wù)的同步與調(diào)度
DS80C400內(nèi)嵌的任務(wù)調(diào)度程序有其獨到之處，用戶可以直接利用系統(tǒng)的接口函數(shù)編寫應(yīng)用程序，不需要另行開發(fā)。基于DS80C400的CAN-ETHERNET智能網(wǎng)橋在實驗調(diào)試過程中，運行狀況良好，工作穩(wěn)定。
5  結(jié)束語
利用DS80C400微控制器作嵌入式系統(tǒng)開發(fā)，可以方便地開發(fā)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)，大大提高開發(fā)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(tǒng)開發(fā)有十分廣闊的前景，對推動嵌入式系統(tǒng)在國內(nèi)的應(yīng)用有十分重要的意義。