（陜西財經(jīng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西咸陽,712000）

嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入的設(shè)計與實現(xiàn)

梁 麗

（陜西財經(jīng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西咸陽,712000）

隨著太網(wǎng)技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)以太網(wǎng)接口技術(shù)成為研究的熱點。本文對當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)的接入方法進(jìn)行探討，并以32位的ARM處理器LPC2294與DM9000A太網(wǎng)控制器為例，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接入的設(shè)計。

嵌入式；太網(wǎng)；TCP/IP;ARM處理器

隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用也越來越廣泛。同時以太網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)數(shù)據(jù)采集等方面的不斷發(fā)展，基于以太網(wǎng)的接口技術(shù)被廣泛的應(yīng)用到電力系統(tǒng)、醫(yī)療器械等方面。而嵌入式以太網(wǎng)接口設(shè)計的核心是太網(wǎng)控制器，其性能的好壞將直接影響到整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)信號的接受。

本文提出以DM9000A太網(wǎng)控制器與MSP430F5529單片機(jī)的嵌入式以太網(wǎng)接口的設(shè)計與實現(xiàn)。

1 太網(wǎng)控制器DM9000A

DM9000A是聯(lián)杰公司推出的一款太網(wǎng)控制芯片，該芯片具有集成度高、功能強(qiáng)、引腳少以及性價比高的特點，而被廣泛的應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)中。

該芯片的主要的特點為其集成了10/100 M的物理層的接口，可適應(yīng)3類、4類、5類的10M以及5類的100M的無屏蔽雙絞線；同時其內(nèi)部帶有16KB的SRAM用于發(fā)送和接受的FIFO緩存；同時該芯片支持8/16-bit 兩種不同的主機(jī)模式; DM9000A有48個引腳，以此有利于縮小PCB的面積；同時其完全支持802.3以太網(wǎng)的傳輸協(xié)議；DM9000A自身的功耗非常低,單電源3.3 V工作,內(nèi)置3.3 V～2.5 V電源,I/O端口支持3.3 V～5 V的容差。

2 硬件電路的設(shè)計

2.1設(shè)計的基本思路

本系統(tǒng)采用MSP430F5529作為控制系統(tǒng)，DM9000A作為數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送系統(tǒng)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸功能。其基本的步驟為單片機(jī)首先完成對DM9000A初始化，同時將數(shù)據(jù)按照要求以太網(wǎng)幀封裝發(fā)送給DM9000A，該控制芯片再以中斷的方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行接受，并將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和處理。而RJ45將主機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行接受，并將解析的結(jié)果保存在緩存中，然后由單片機(jī)發(fā)出中斷的信號，并有單片機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。

圖1 系統(tǒng)硬件連接電路

2.2硬件電路連接

單片機(jī)和太網(wǎng)控制器都采用3.3V的電壓進(jìn)行供電。單片機(jī)和DM9000采用8b的模式進(jìn)行連接。使用P6的端口與SD0-7進(jìn)行連接，以此傳輸數(shù)據(jù)或地址數(shù)據(jù)，而無需進(jìn)行電平的轉(zhuǎn)換；P1.0與控制器芯片中的CMD進(jìn)行連接，當(dāng)在高時，讀取則為數(shù)據(jù)讀/寫操作，當(dāng)在低時則為地址讀/寫操作。P1.1與芯片中的INT進(jìn)行連接，用于信號的中斷讀?。籔1.2和P1.3連接，則主要控制讀或者是寫操作；P1.4與芯片中的CS連接，主要為DM9000A當(dāng)中的片選信號。

3 軟件設(shè)計

對軟件的設(shè)計其基本思路為首先對其太網(wǎng)控制芯片進(jìn)行初始化，在初始化之后進(jìn)行軟件的變成從而使得可進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，在對單片機(jī)中的根據(jù)使用的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議對其進(jìn)行數(shù)據(jù)的解析或者是封包。而在對軟件進(jìn)行設(shè)計之前，必須對DM9000A進(jìn)行時序的操作，并編寫讀寫函數(shù)。

3.1軟件初始化

初始化是對軟件設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，以此保證軟件的穩(wěn)定運行，這就是軟件的初始化。其具體的步驟為：

（1）打開DM9000A芯片，將原來的默認(rèn)值1改為0.其設(shè)置的方法是將芯片中的寄存器中的GPCR的[bit]值設(shè)置為1，將GPR的[bit]改為0.以此開啟芯片的工作狀態(tài)。

（2）重復(fù)兩次復(fù)位操作。要保證該芯片正常的工作，至少要對該芯片進(jìn)行兩次軟啟動的操作。其具體的做法是在NCR寄存器中輸入3，在延遲至少10微秒之后，將其值改為零，重復(fù)一次該操作，從而進(jìn)行軟件的復(fù)位。

（3）對MAC地址進(jìn)行設(shè)置。在對該芯片進(jìn)行初始化的過程中，要將其中的PAR寄存器進(jìn)行初始化。而PAR中保存的是物理地址，因此，對地址的保存應(yīng)根據(jù)網(wǎng)路的數(shù)據(jù)和PAR當(dāng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較來最終確定是否將數(shù)據(jù)發(fā)送給自己。

（4）對收/發(fā)控制寄存器的設(shè)置。清除發(fā)送狀態(tài)的寄存器，同時打開其中的收發(fā)中斷使能。

在上述步驟完成之后，通過NCR寄存器來檢查其是否初始化完畢，并進(jìn)入工作狀態(tài)。如沒有則重復(fù)上述的操作順序。

圖2 數(shù)據(jù)發(fā)送流程設(shè)計

3.2數(shù)據(jù)的發(fā)送

DM9000A其內(nèi)部含有16KB的緩存空間，其中的地址是從0000h到0BFFh共3 KB，該空間可用來作為發(fā)送數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，并可同時保存2個比較完整的以太網(wǎng)幀，而設(shè)計當(dāng)中，可以將緩沖區(qū)看作為2個不同的獨立的緩沖區(qū)域，將其記錄在TXPLH和TXPLL的寄存器中.之后將TCR的[bit]值改為設(shè)定為1，啟動芯片，并將其數(shù)據(jù)進(jìn)行封包傳送，并通過TSRI，TSRII寄存判斷。其具體的程序流程為：

3.3數(shù)據(jù)的接收

對數(shù)據(jù)的接收，則采用中斷的方式來完成對數(shù)據(jù)的接收。當(dāng)太網(wǎng)控制器DM9000A在接收到數(shù)據(jù)之后，則采用CRC進(jìn)行檢驗。在通過檢驗后，將產(chǎn)生一個中斷信號，當(dāng)信號中斷之后，單片機(jī)將數(shù)據(jù)讀出，并按照其內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)通信的協(xié)議進(jìn)行處理。而在DM9000A中的0C00h到3FFF h總共13KB的緩存區(qū)，則為數(shù)據(jù)的緩沖接收區(qū)。同時芯片在對其進(jìn)行讀取的時候，會在數(shù)據(jù)包前面加一個自己，表示數(shù)據(jù)的狀態(tài)，總共分為四個不用的字節(jié)。00h則表示沒有數(shù)據(jù)包；01H則表示有數(shù)據(jù)包；02H表示與這個數(shù)據(jù)包相關(guān)的信息；03H、04H其作用與TSR寄存器的格式含義一致，用于存放數(shù)據(jù)包。同時，其接收的步驟則為：

第一步是控制芯片讀取MRCMD寄存器中是否存在數(shù)據(jù)包；

第二步是如果有則根據(jù)數(shù)據(jù)包的長度依次對MRCMD寄存器進(jìn)行讀取。

3.4網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議的實現(xiàn)

DM9000A芯片只用于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸，而具體的使用需按照單片機(jī)中的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議來實現(xiàn)，如UPD協(xié)議、TCP/IP協(xié)議等。在該系統(tǒng)中我們采用TCP/IP協(xié)議，實現(xiàn)其網(wǎng)絡(luò)通信。而TCP/IP協(xié)議可分為四層，即網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層以及傳輸層。同時嵌入式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)其在硬件資源以及實時性方面還存在一定的限制，而對于TCP/IP協(xié)議來將，其要求所占用的存儲的資源盡可能的小，因此，我們往往需要對TCP/IP進(jìn)行一定的優(yōu)化設(shè)計，而通常我們采用LwIP協(xié)議棧。該程序是瑞士的公司開發(fā)和設(shè)計的開放式的源代碼，其中通常采用ANSIC語言，而便于LwIP進(jìn)行移植。

4 系統(tǒng)的測試

在將軟硬件進(jìn)行搭建之后，上電啟動，同時設(shè)置系統(tǒng)和計算機(jī)的IP地址，并保證兩者的IP屬于同一個網(wǎng)段。通過運用計算機(jī)的ping命令對網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)行測試，測試結(jié)果表明連著可連接成功。

[1] 高嵩,紀(jì)超,陳超波.基于嵌入式Linux的DM9000網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動設(shè)計[J].計算機(jī)與數(shù)字工程,2013,02:304-306.

[2] 薛昊,佘勇,姚振東,李運洪.基于MicroBlaze和DM9000A的以太網(wǎng)接口設(shè)計[J].通信技術(shù),2013,02:32-34.

梁麗，女，1979年6月生，陜西咸陽人，講師，工程碩士學(xué)位，研究方向：計算機(jī)應(yīng)用、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、平面設(shè)計教學(xué)工作

The design and implementation of embedded data acquisition system for network access

Liang Li
(Shaanxi Vocational College of Finance and Economics,ShaanxiXianyang,712000)

Along with the development of network technology and embedded system,Ethernet interface for embedded system become a hot study.This paper discussed the current access network of the embedded system,and by LPC2294 and DM9000A ARM processor32 bit Ethernet controller as an example,the design of network access.

embedded;Ethernet;TCP/IP;ARM processor