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基于ARM-LPC2368的網絡接口的設計與實現
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摘要: 本文以微處理器LPC2368為核心、DP83848C為以太網物理層接口芯片,詳細地介紹了嵌入式以太網接口的實...
Abstract:
Key words :

關鍵字:嵌入式系統 以太網 LPC2368  DP83848C

1 引言

隨著Internet技術的迅速發展,人們對信息共享的要求也不斷提高。目前,嵌入式系統已經滲透到我們生活的每個角落,它與網絡的完美結合,為我們共享信息提供了很大的便利。PHILIPS公司的LPC2368是一款優秀的微處理器,基于它的嵌入式系統如果沒有以太網接口,那么其應用價值也就會大打折扣。因此,就整個系統而言,以太網接口電路應是必不可少的,但同時也是相對較復雜的。

以太網接口電路主要由MAC控制器和物理層接口(Physical Layer,PHY)兩大部分構成。LPC2368內嵌一個以太網控制器,支持精簡的媒體獨立接口(Reduced Media Independent Interface,RMII)和帶緩沖DMA接口(Buffered DMA Interface,BDI),可在半雙工和全雙工模式下提供10M/100Mbps的以太網接入。因此,LPC2368內部實際上己經包含了以太網MAC控制,但并未提供物理層接口,所以,需要外接一片物理層芯片以提供以太網的接入通道。在這里選用National Semiconductor公司的DP83848C作為以太網物理層接口芯片,它提供了包括MII/RMII/SNI接口,可以很方便地與LPC2368連接。

LPC2368DP83848C的介紹

2.1 微處理器LPC2368

LPC2368是基于ARM7TDMI-S內核的32位微控制器,可在高達72MHz的頻率下操作,其功能強大且成本效率高,支持 10/100Ethernet、全速(12Mbps)USB 2.0 和 CAN 2.0B;具有高達512KB的片內Flash、58KB的SRAM、10 位 A/D 和 D/A 轉換器和一個 IRC 振蕩器,還帶有 SD 存儲卡接口可供選擇,100引腳LQFP封裝(14×14×1.4mm)。廣泛應用于工業控制、POS系統、協議轉換、加密系統等領域[1]

2.2 物理層芯片DP83848C

DP83848C是一個10/100Mb/s單端低功耗物理層器件,有幾種智能降功耗模式,包括有25MHz時鐘輸出,很容易通過外接變壓器和雙絞線媒體接口;支持兩種IEEE 802.3u MII和RMII Rev 1.2,方便了設計;集成的亞層支持10BASE-T和100BASE-TX以太網協議;低功耗小于270mW、3.3V MAC接口;可配置的SNI接口;48引腳LQFP封裝(7x7mm)。DP83848C作為一種以太網物理層收發器,廣泛應用于高端外圍設備、工業控制和工廠自動化操作、通用的嵌入式應用領域[2]

硬件部分設計

3.1 電路框圖

 LPC2368與DP83848C連接比較簡單,直接通過RMII接口連接即可。連接好后,DP83848C再通過網絡隔離變壓器和RJ45接口接入傳輸媒體,其電路框圖如圖1所示。

圖 1  微控制器LPC2368與PHY芯片DP83848C的以太網接口電路框圖 

3.2 以太網接口實際電路原理圖設計

DP83848C支持幾種MAC接口方式:(1)MII;(2)RMII (Reduced MII);(3)10 Mb 串行網絡接口(Serial Network Interface,SNI)。在這里我們使用的是RMII接口方式,通過設置引腳pin39和pin6來確定,如表1所示。

MII方式選擇

MII_MODE (pin39)

SNI_MODE (pin6)

MAC Interface Mode

0

0或1

MII Mode

1

0

RMII Mode

1

1

10 Mb SNI Mode

由表1可以看出,pin39應接上高電平,pin6應接上低電平。同時因為在芯片內部pin6下拉,默認為0,所以只要設置pin39接上高電平即可,這樣微處理器LPC2368就可以同PHY芯片DP83848C通過RMII接口方式連接。它們之間通過RMII接口連接,芯片和控制器連接所使用的引腳數目會比較少,且數據傳送速率是每次2位,即頻率50MHz,所以需要一個50MHz的晶體振蕩器連接到pin34 X1腳。

在RMII方式下,主要使用到的引腳有:1串行管理:MDC(pin31)、MDIO(pin30); 2MAC數據:TX_EN(pin2)、TXD[1:0](pin4 pin3)、RX_ER(pin41)、CRS_DV(pin40)、RXD[1:0](pin44 pin43); 3時鐘:X1(pin34 ,RMII 參考時鐘是50MHz)、X2(pin33)。

Pin27置高使得DP83848C以100Mbps的速率工作, LED顯示DP83848C的工作狀態。16ST8515為網絡隔離變壓器,其主要是起信號傳輸、阻抗匹配、波形修復、雜波抑制以及高電壓隔離等作用,以保護系統的安全。通過protel 99 SE畫出電路原理圖如圖2所示。

 


 圖2 以太網接口實際電路原理圖

4 軟件實現過程

軟件的實現主要有三個部分:系統的初始化、數據的發送和接收。

初始化部分完成以太網接口在使用之前的初始化工作,主要包括設置相關的寄存器、分配和初始化發送與接收緩沖區等。

4.1 以太網工作原理

在網絡接口層對應的數據包是完整的以太網幀格式的,因此要實現數據的發送和接收就必須按以太網IEEE802.3協議來進行,該協議所定義的幀結構如表2所示。

2:標準的以太幀格式

同步位

分隔位

目的地址

源地址

幀類型

數據段

填充

校驗位

56Bit

8Bit

48Bit

48Bit

16Bit

<1500Byte

可選

32Bit

每個網卡在出廠的時候有個全球固定的物理地址(MAC地址)。當總線上的一個節點發送一個數據幀,總線上其他的網絡節點都拷貝該數據幀,每個節點檢查數據幀的目的物理地址,如果和自己的物理地址匹配的話,該節點的網卡就接受該數據幀傳給上層協議處理,反之如果不匹配,該節點就丟棄數據幀。

4.2 發送與接收數據幀

采用中斷的方式發送和接收數據。

發送數據幀:將要發送的數據封裝成以太幀,并寫入發送緩沖區;檢測網絡中有無數據在傳送,即上一個幀是否發送完畢,如果網絡中仍有數據在傳送,則暫時不能發送幀,若網絡中沒有數據,則可以立即發送此幀;在發送該幀時,可同時封裝下一個數據幀,并將其寫入第二個發送緩沖區;當中斷服務程序檢測到第一個數據幀發送完畢時,則可發送下一個數據幀。重復以上過程,直到所有數據幀都發送完畢。發送數據幀的流程圖如圖3所示。

接收數據幀:等待直到有數據幀到達,將此數據幀保存到FIFO緩存中,然后察看該數據幀的目的地址,若為NIC的MAC地址或廣播地址,并且經檢驗沒有出錯,則把此數據傳送到接收緩沖中,并向處理器提出中斷,將接收到的數據幀從 NIC本地緩存連續讀人到系統內存中。 

5 結束語

本文講到了利用微處理器LPC2368和PHY芯片DP83848C來設計以太網接口。由于微控制器LPC2368和物理層芯片DP83848C的優良性能,使得該接口電路具有結構簡單、體積小、功耗低等許多優點,是實現嵌入式系統與網絡連接的不錯選擇。

本文作者創新點:使用功能強大的微處理器LPC2368,通過精簡的媒體獨立接口與物理層芯片進行連接,在保證同樣功能的情況下,使得布線更加簡單,可以大大減小設計時的出錯率。

參考文獻

[1]. LPC2364/6/8/78 User manual.

[2]. DP83848C User manual.

[3]. ARM微控制器基礎與實戰[M].北京:北京航空航天大學出版社, 2005.

[4]. 付沖,陳英,馬希敏,張永元.一種通用嵌入式系統以太網接口的設計與實現[J].山東大學學報,2005.6,35(3):93- 97.

[5]. 呂昌泰,羅永剛.嵌入式以太網接口的研究與設計[J].微計算機信息.2006,22(8-2):68- 70.

[6]. 葛永明, 林繼寶.嵌入式系統以太網接口的設計[J].電子技術應用.2002,3:25- 27.

[7].微計算機信息-嵌入式與SOC(中旬)

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