基于CP2200簡(jiǎn)易型以太網(wǎng)接口設計

　　引 言

　　當前，嵌入式設計人員在為遠程控制或監控設備提供以太網(wǎng)接入時(shí)，使用的以太網(wǎng)控制器(如RTL8019、DM9008、CS8900A等)都是專(zhuān)為個(gè)人計算機系統設計的。這些器件不僅接口電路復雜，體積較大，而且比較昂貴。CP2200是Silabs公司于近期推出的一款48引腳獨立以太網(wǎng)控制器。它符合IEEE 802.3協(xié)議，支持10M以太網(wǎng)接入，而且僅需很少的外部電路連線(xiàn)就可滿(mǎn)足絕大多數嵌入式以太嗣接口的設計要求，簡(jiǎn)化了嵌入式以太網(wǎng)接口的設計，減小了占板空間，降低了系統開(kāi)發(fā)成本。

　　另外，該以太網(wǎng)控制器具有8位并行主機接口，可以為絕大多數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(xiàn)接口支持Intel和 Motorola總線(xiàn)方式，可以使用復用或非復用方式尋址。這些功能加上相關(guān)處理器的TCP/IP協(xié)議棧，使得嵌入式應用系統的以太網(wǎng)接口實(shí)現變得十分簡(jiǎn)易。

　　1 CP2200的主要功能

　　◆符合IEEE 802.3協(xié)議：內置lOMbps以太網(wǎng)物理層器件PHY及媒介接入控制器MAC，可按業(yè)界標準的以太網(wǎng)協(xié)議可靠地收發(fā)信息包數據;具有可編程填充和CRC自動(dòng)生成功能。

　　◆可編程過(guò)濾功能：特殊的過(guò)濾器，可自動(dòng)評價(jià)、接收或拒收Magic Packet、單播(Unicast)、多播(Multicast)或廣播(Broadcast)信息包，以減輕主控單片機的處理負荷。

　　◆30 Mbp5速率的并行主機接口：支持Intel和M0torola兩種總線(xiàn)方式。

　　◆8 KB Flash存儲器：8192字節非易失性數據存儲空間，可對其進(jìn)行靈活編程;工廠(chǎng)預編程的唯一48位MAC地址。

　　2 硬件電路設計

　　系統的硬件電路原理可參考圖1。其中，要特別注意CP2200控制器與RJ-45的連接電路，因為這些參數對通信的可靠性影響很大。

　　CP2200的外圍電路比較簡(jiǎn)單，主要考慮其復位引腳、晶振輸入、并行接口和與以太網(wǎng)變壓器的連接。

　　2.1 復位電路

　　CP2200具有上電復位功能。一旦VDD上升到某個(gè)門(mén)限值后，就會(huì )在片內產(chǎn)生上電復位脈沖。當VDD上升到足夠器件上作時(shí)，器件會(huì )以初始化狀態(tài)啟動(dòng)。CP2200支持軟件復位，可以通過(guò)并口將復位寄存器置位來(lái)實(shí)現軟件復位。

　　2.2 晶振電路

　　CP2200的工作頻率為20MHz，晶振連接在XTAL1和XTAL2之間。CP2200也可由連接到XTAL1引腳的外部時(shí)鐘源驅動(dòng)。

　　2.3 I/O并行接口

　　CP2200的并行主機接口，支持Motorola和Intel兩種總線(xiàn)方式，且支持地址數據復用和非復用方式?？梢酝ㄟ^(guò)將MUXEN和MOTEN引腳接地或拉高電平來(lái)實(shí)現對主機接口總線(xiàn)方式的配置。

　　2.4 以太網(wǎng)變壓器

　　要實(shí)現以太網(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1個(gè)專(zhuān)用于10BASE-T操作的l：1脈沖變壓器;在差分發(fā)送引腳(TX+/TX-)上，需要外接1個(gè)帶有中心抽頭的l：2.5脈沖變壓器。變壓器應具有2 kV以上的電壓隔離性能，以防止靜電干擾。發(fā)送端需要2個(gè)8Ω(精度為1%)的電阻和1個(gè)560pF的電容與特定端相連，接收端需要1個(gè)100Ω具體連接方式見(jiàn)圖1)。

　　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(xiàn)的同時(shí)也提高了高頻信號傳輸的可靠性。

　　2.5 其他電路

　　LINK和ACT引腳輸出電平用于驅動(dòng)LED，以指示網(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(lèi)似地，所有參考地都應在外部連接到相同的接地點(diǎn)。每個(gè)VDD和地之間都應連接一個(gè)0.1μF的陶瓷旁路電容，且盡可能靠近引腳。

　　需要特別說(shuō)明的是，驅動(dòng)雙絞線(xiàn)接口需要相對高的電流，因此以太網(wǎng)的收發(fā)數據線(xiàn)應盡可能短，并且線(xiàn)徑適當加大以減少電阻損耗(為了保證數據的可靠傳輸，筆者的PCB電路板選擇了20mil的線(xiàn)徑)。(注：100mil=2.54 mm。)

　　3 軟件設計

　　TCP/IP協(xié)議種類(lèi)繁多，相互之間交互作用復雜，在單片機上不可能實(shí)現所有協(xié)議，所以必須對協(xié)議棧進(jìn)行裁剪。結合系統的具體通信要求，本系統最后只保留了TCP、UDP、IP、ICMP、ARP協(xié)議模塊。在協(xié)議棧程序的整體設計上，考慮到單片機的單任務(wù)執行方式很難發(fā)揮TCP/IP協(xié)議的特點(diǎn)，采用了基于事件驅動(dòng)機制的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現方法。該機制的引入，使得系統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)響應性也得到了大幅提高。下而將具體闡述事件驅動(dòng)機制的原理、特點(diǎn)以及基于該機制的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現。