基于DM9000A的DSP以太網(wǎng)接口設計與實(shí)現

DSP(Digital Signal Processor)是一種獨特的微處理器，是以數字信號來(lái)處理大量信息的器件。它強大的數據處理能力和高運行速度，是最值得稱(chēng)道的兩大特色。隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，在工業(yè)控制、智能儀器、智能家庭等領(lǐng)域，越來(lái)越多的DSP設備要求具有以太網(wǎng)通信功能，以便與外部網(wǎng)絡(luò )設備進(jìn)行數據通信。以太網(wǎng)控制芯片是以太網(wǎng)接口的核心器件，其性能是影響網(wǎng)絡(luò )性能的關(guān)鍵因素之一，如何正確使用網(wǎng)絡(luò )控制器是設計以太網(wǎng)接口的關(guān)鍵。本文采用處理器+以太網(wǎng)控制芯片+TCP/IP協(xié)議的DSP以太網(wǎng)接入方式，設計并實(shí)現了基于DSP的精簡(jiǎn)TCP /IP協(xié)議棧，并固化在DSP內，無(wú)需操作系統也可運行。

1 總體設計

本系統使用32位DSP處理器TMS320F28335和以太網(wǎng)控制芯片DM9000A為核心，DSP控制整個(gè)系統的運行，DM9000A實(shí)現網(wǎng)絡(luò )傳輸的底層功能。并對TCP/IP協(xié)議棧自行裁剪，構成了DSP的以太網(wǎng)接口，實(shí)現了網(wǎng)絡(luò )通信。其系統總體框圖如圖1所示。

2 系統硬件設計

2.1 DM9000A功能結構

DM9000A是DAVICOM公司推出的一款高度集成、低成本的快速以太網(wǎng)控制器，實(shí)現以太網(wǎng)媒體介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)層(MAC)和物理層(PHY)的功能。該芯片具有通用的處理器接口，片內集成了10/100M自適應的PHY，內部含有16 KB SRAM用于接收/發(fā)送的FIFO緩存，3.3 V供電，并且支持IEEE 802.3以太網(wǎng)傳輸和8/16接口的兩種主機工作模式協(xié)議。功能結構如圖2所示。

2.2 接口電路的連接

接口電路主要由DSP、以太網(wǎng)控制芯片DM9000A、隔離變壓器和RJ-45構成。DSP控制整個(gè)系統的運行，DM9000A實(shí)現以太網(wǎng)數據的底層傳輸。隔離變壓器的主要作用：其一，可以增強信號，使其傳輸距離更遠;其二，使芯片端與外部隔離，增強抗干擾能力，并對芯片端起保護作用;其三，當接到不同電平(如有的PHY芯片是2.5 V，有的PHY芯片是3.3 V)的網(wǎng)口時(shí)，不會(huì )對彼此設備造成影響。RJ-45接口可用于連接RJ-45接頭，適用于由雙絞線(xiàn)構建的網(wǎng)絡(luò )，這種是最常見(jiàn)的以太網(wǎng)接口。DM9000A采用16位接口模式，數據地址復用總線(xiàn)D0～D15與DSP總線(xiàn)XD0～XD15相連;DM9000A的寫(xiě)信號引腳與DSP的XWE0n相連;讀信號引腳與DSP的讀引腳相連;DM9000A的片選信號引腳與DSP的CS0n相連;DM9000A的訪(fǎng)問(wèn)類(lèi)型引腳CMD與DSP的普通I/O口GPIO61相連，高電平訪(fǎng)問(wèn)DM9000A的數據端口，低電平訪(fǎng)問(wèn)地址端口;DM9000A的復位引腳與DSP的GPIO 60相連;DM9000A的物理層接口TX+，TX-，RX+，RX-通過(guò)隔離變壓器連接RJ-45至以太網(wǎng)。其以太網(wǎng)接口硬件連接如圖3所示。

3 系統軟件設計

網(wǎng)絡(luò )接口的軟件主要有DM9000A驅動(dòng)程序設計和上層通信協(xié)議程序設計兩個(gè)部分。DM9000A驅動(dòng)程序設計主要是通過(guò)TMS320F28335控制總線(xiàn)配置DM9000A內部寄存器，完成對DM9000A初始化、以太網(wǎng)數據幀的發(fā)送和以太網(wǎng)數據幀的接收三部分。上層通信協(xié)議程序設計是對TCP/IP棧裁剪移植，主要完成對接收到的以太網(wǎng)數據幀進(jìn)行解析并處理，并把要發(fā)送的數據封裝成以太網(wǎng)數據，然后發(fā)送。

3.1 DM9000A驅動(dòng)程序設計

3.1.1 DM9000A初始化

DM9000A正常工作需要在上電后對內部寄存器進(jìn)行初始化，具體流程如下：

(1)啟動(dòng)PHY。設置通用寄存器GPR(1FH)的GEPIO0=0。

(2)進(jìn)行兩次軟啟動(dòng)。設置網(wǎng)絡(luò )控制寄存器NCR(00H)的RST=1，10μs后RST=0，同樣的操作進(jìn)行兩次。

(3)選擇網(wǎng)絡(luò )模式。設置NCR的LBK=00，設置網(wǎng)絡(luò )工作模式為正常模式。

(4)清除發(fā)送標志。設置網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)寄存器NSR(01H)WAKEST=1，TX2END=1，TX1END=1。

(5)寫(xiě)6 B的以太網(wǎng)節點(diǎn)地址到物理地址寄存器PAR(10H～15H)中。

(6)設置中斷屏蔽寄存器IMR(FFH)的PAR=1，使能指針自動(dòng)跳回，當SRAM讀/寫(xiě)指針超過(guò)SRAM的大小時(shí)，指針自動(dòng)跳回起始位置;PRI=1，使能數據包接收中斷。

(7)設置接收控制寄存器RCR(05H)的WTDIS=1，看門(mén)狗定時(shí)禁止;DSI_LONG=1，丟棄長(cháng)數據包;DIS_CRC=1丟棄CRC校驗錯誤的數據包;RXEN=1，使能接收功能。