基于SEP3203的嵌入式以太網(wǎng)口的設計

摘要　在自動(dòng)化控制及其他民用設備、工業(yè)控制如電力設備系統等領(lǐng)域，眾多設備的對外通訊接口仍然是低速串口。但低速串口有其固有的缺點(diǎn)：無(wú)法集中、全面、準確而實(shí)時(shí)地監控數據。本文介紹基于微處理器SEP3203串口以太網(wǎng)轉換器的以太網(wǎng)接口的軟硬件設計方法，它可以變傳統的串口通訊為網(wǎng)絡(luò )通訊，實(shí)現串口設備的快速聯(lián)網(wǎng)。

關(guān)鍵詞　串口；以太網(wǎng)口；SEP3203；Nucleus

1　引言

　　在自動(dòng)化控制及其他民用設備、工業(yè)控制如電力設備系統等領(lǐng)域，眾多設備的對外通訊接口仍然是低速串口。因此現有系統的缺點(diǎn)是：無(wú)法集中、全面、準確而實(shí)時(shí)地監控數據。隨著(zhù)以太網(wǎng)在工業(yè)、商業(yè)領(lǐng)域的大規模使用以及網(wǎng)絡(luò )自動(dòng)化強勁勢頭的到來(lái)，用戶(hù)與供應商迫切需要在任何時(shí)間和任何地點(diǎn)都可以實(shí)時(shí)訪(fǎng)問(wèn)數據和進(jìn)行控制，做到遠程快速故障分析與處理、設備的遠程維護，以便提高質(zhì)量，提高工作效率并降低整體成本。完全換掉這些串口通訊的設備是既不經(jīng)濟也不可行的。針對一些實(shí)際需求，采用串口以太網(wǎng)轉換器就是解決這些問(wèn)題的最佳解決方案。本課題串口以太網(wǎng)轉換器正是在這一要求下設計出來(lái)的產(chǎn)品, 本文就是本課題下的子課題部分。

2　基于A(yíng)RM7TDMI的SEP3203微處理器簡(jiǎn)介

　　ARM7TDMI處理器是ARM7處理器系列成員之一，是目前應用較廣的32位高性能嵌入式RISC處理器，SEP3203[1]是東南大學(xué)國家專(zhuān)用集成電路系統工程技術(shù)研究中心基于A(yíng)RM7TDMI處理器內核設計的16/32位RISC微處理器芯片。它面向低成本手持設備和其它通用嵌入式設備，為用戶(hù)提供了豐富的外設、低功耗管理和低成本的外存配置。

３　串口以太網(wǎng)轉換器中與以太網(wǎng)接口相關(guān)的電路結構

　　為了實(shí)現該轉換模塊的研究，首先要選擇一個(gè)硬件平臺即嵌入式處理器。由于A(yíng)RM是基于精簡(jiǎn)指令系統（RISC）的32位內核，代碼效率高，運行速度快，綜合性能強，在基于A(yíng)RM體系結構的嵌入式CPU中，基于A(yíng)RM7TDMI體系結構的SEP3203嵌入式微處理器擁有較好的技術(shù)支持，因此本轉換器選擇SEP3203作為硬件平臺；轉換系統必須要有電源，供整個(gè)系統用；系統工作時(shí)需要有工作時(shí)鐘，因此本系統需要有時(shí)鐘電路；由于用戶(hù)需要的轉換器要有串口、USB和以太網(wǎng)口下載等功能，由于本文只針對以太網(wǎng)口，其它兩個(gè)接口本文不作介紹。以太網(wǎng)口與嵌入式芯片之間要有一個(gè)網(wǎng)絡(luò )模塊，現把與以太網(wǎng)口相關(guān)電路結構的部分設計顯示如圖1所示。

圖1  以太網(wǎng)接口部分的相關(guān)電路結構

4　網(wǎng)絡(luò )接口電路的硬件設計

　　SEP3203芯片內部沒(méi)有集成網(wǎng)絡(luò )模塊，但SEP3203芯片設計的接口豐富，可以方便地擴展?？紤]使用中可能對網(wǎng)速的要求比較高，因此本系統選用了10M的以太網(wǎng)接口。本系統的網(wǎng)絡(luò )接口采用REALTEK公司的RTL8019芯片。RTL8019AS 是一種高度集成的以太網(wǎng)芯片，能簡(jiǎn)單的實(shí)現Plug and Play 并兼容NE2000。由于它擁有三種等級的掉電模式，所以它是綠色電腦的網(wǎng)絡(luò )設備的理想選擇。在全雙工模式下，如果是連接到一個(gè)同樣是全雙工的交換機或集線(xiàn)器，就可實(shí)現同時(shí)接收和發(fā)送[2]。

　　RTL8019AS支持16KByte、32KByte、64KByte的BROM，另外還支持FLASH MENORY和頁(yè)訪(fǎng)問(wèn)方式，最大支持4MByte（16K×256），此外還支持在運行完BROM 后釋放內存以供系統其他程序的運行。網(wǎng)絡(luò )接口模塊的系統連接示意圖如圖2所示。

圖2　以太網(wǎng)接口系統連接圖           　　　

圖3  RJ45網(wǎng)絡(luò )接口電路圖 

　　由圖2可知，以太網(wǎng)接口通過(guò)系統總線(xiàn)外擴而成。RTL8019AS的地址使用方式有5位、8位、11位三種。使用5位地址就可以訪(fǎng)問(wèn)RTL8019AS所有的寄存器，實(shí)現最簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò )功能。本系統使用8位地址滿(mǎn)足了操作系統對遠程DMA端口的需求。