基于W5100的DSP快速網(wǎng)絡(luò )接入解決方案

現代數據采集領(lǐng)域中，越來(lái)越多的現場(chǎng)采集設備需要擴展網(wǎng)絡(luò )功能以實(shí)現遠程控制和數據傳輸。以太網(wǎng)以其低成本，易于集成，傳輸距離遠的優(yōu)勢使其得到了廣泛應用。
傳統的以太網(wǎng)解決方案，往往采用主控CPU連接物理層接口芯片，在主控器內編寫(xiě)以太網(wǎng)通信協(xié)議。這種方法需要編寫(xiě)繁瑣的程序并且耗費大量的時(shí)間調試。由于網(wǎng)絡(luò )協(xié)議一般都比較大，寫(xiě)入軟件后穩定性欠佳，不利于系統的快速開(kāi)發(fā)與穩定運行，而且客戶(hù)時(shí)常會(huì )有新的需求。這種用軟件實(shí)現的方式很難滿(mǎn)足頻繁更新升級的要求。因此，一種方式就是將網(wǎng)絡(luò )協(xié)議的處理獨立于系統處理器之外，讓?xiě)贸绦蚺c資料的輸入／輸小分別執行于不同的硬件，來(lái)適應多方而的條件。它將網(wǎng)絡(luò )協(xié)議的處理分成一個(gè)由特定處理器執行的控制部分和一個(gè)硬件線(xiàn)路部分，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是具有較短的開(kāi)發(fā)周期與較高的彈性，而且能夠增加穩定性并有效降低主CPU負擔，模塊化的沒(méi)計也便于以后系統的升級。
北京博控自動(dòng)化有限公司推出的高速硬件以太網(wǎng)協(xié)議芯片W51O0，很好的解決了上述問(wèn)題。它本身集成了高度成熟的TCP／IP協(xié)議棧、以太網(wǎng)MAC層、PHY層等，支持TCP、UDP、IPv4、ICMP、ARP、IGMP和PPPoE等協(xié)議，這些協(xié)議已經(jīng)在很多領(lǐng)域經(jīng)過(guò)了多年的驗證。它支持4個(gè)獨立的Socket通信，內部16 KB的發(fā)送／接收緩沖區可快速進(jìn)行數據交換，最大有效通信速率可達25 Mbps。使用W5100不需要考慮以太網(wǎng)的控制，只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的端口(socket)編程，像訪(fǎng)問(wèn)外部存儲器一樣簡(jiǎn)單。它提供兩種并行總線(xiàn)接口(直接總線(xiàn)與間接總線(xiàn))以及串行SPI接口。W5100大大減少了硬件接口設計和網(wǎng)絡(luò )編程的工作量，并且可以實(shí)現可靠穩定運行的遠程數據通信系統，可廣泛應用于各種安全檢測、電力系統的測量監控音視頻傳輸、遠程信息傳輸等領(lǐng)域。圖1為W5100的系統構架圖。

例如，將以太網(wǎng)技術(shù)引入以DSP為核心的嵌入式系統，使DSP芯片具備網(wǎng)絡(luò )連接功能，PC就通過(guò)網(wǎng)卡與DSP嵌入式模塊進(jìn)行大量數據交換并對其進(jìn)行控制。
下面給出了一種TMS320F2812(簡(jiǎn)稱(chēng)F2812)和W5100相結合的嵌入式網(wǎng)絡(luò )控制系統，應用程序由DSP來(lái)執行，而網(wǎng)絡(luò )協(xié)議的處理與數據的傳輸則由W5100來(lái)實(shí)現。在進(jìn)行系統設計時(shí)不必考慮網(wǎng)絡(luò )協(xié)議的細節，只需要解釋并執行網(wǎng)絡(luò )芯片傳送過(guò)來(lái)的指令和數據就可以實(shí)現與Internet網(wǎng)絡(luò )連接，且不需要操作系統的支持，具有接口電路簡(jiǎn)單，編程方便等特點(diǎn)。系統框圖如圖2所示。

從圖2中可以看出，需要檢測或傳輸的信號和數據可以通過(guò)F2812豐富的外設接口直接輸入，并且可以根據實(shí)際需要由DSP芯片對其進(jìn)行預處理工作，然后傳輸至W5100芯片，完成網(wǎng)絡(luò )協(xié)議的處理，再通過(guò)自帶變壓器的RJ45網(wǎng)口傳至PC機。同理，由PC機發(fā)出的控制指令或是傳出的數據，也可反方向地傳輸至DSP的信號和數據輸出端，實(shí)現了DSP嵌入式系統的網(wǎng)絡(luò )化數據采集與傳輸。JTAG接口用來(lái)根據具體要求燒寫(xiě)程序到DSP內部的Flash，外擴RAM用于處理傳輸過(guò)程中的數據，SD存儲卡用于存儲數據，它們使得數據的處理變得更加靈活。網(wǎng)絡(luò )傳輸狀態(tài)指示燈反映了數據傳輸的實(shí)時(shí)狀態(tài)。