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發布時間：2023-08-22 01:29:47
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摘要：為了實現嵌入式以太網通信，使用以太網控制芯片DM9000A和單片機MSP430F5529，組成了嵌入式以太網接口，實現了網絡通信，其中單片機完成自身以及以太網控制芯片的初始化、數據的封包和收發控制，而DM9000A芯片負責網絡數據的發送和接收。詳細介紹了系統的硬件構成框圖和硬件設計，給出了實際的接口電路，重點描述了單片機和DM9000A芯片之間的軟件接口程序設計，并給出了網絡通信協議的應用方法。實驗結果表明，該設計體積小、接口簡單、速度快、功耗低，具有很高的推廣價值。隨著嵌入式技術和網絡技術的發展及以太網的廣泛應用，以太網接口在嵌入式系統中的應用越來越廣泛，網絡化成為未來設備發展的一個重要方向，各種嵌入式設備已經成功滲透到各個領域，并逐漸朝著網絡化、智能化的方向發展。以太網以其在實時性、可靠性、標準化等方面的卓越性能及其便于安裝、維護簡單、不受通信距離限制等優點，已發展成為一種成熟的技術。本文以MSP430F5529單片機和以太網控制器DM9000A為硬件組成，通過軟件編程，和上位機實現了UDP協議的網絡通信。1 硬件設計DM9000A是DAVICOM公司推出的一款高速以太網接口芯片，是完全集成的和符合成本效益單芯片快速以太網MAC控制器，其被設計為低功耗、高處理性能，而其操作又非常簡單，具有通用的處理器接口，可以與多種處理器直接連接，數據總線寬度可設置為8 b和16 b，支持3．3 V和5 V電源模式。MSP430F5529單片機是TI公司的一款超低功耗單片機。該芯片采用低功耗設計，具有五種低功耗模式，從低功耗模式到喚醒模式的轉換時間小于6μs，其獨特的時鐘設計，每個時鐘都可以打開或關閉，從而實現對整體功耗的控制。供電電壓范圍為1．8～3．6 V，具有強大的中斷功能，集成了較豐富的片內外設和較多的I／O端口，提高了對外圍設備的開發能力。在本設計中，單片機MSP430F5529控制整個系統的運行，以太網控制器DM9000A實現網絡傳輸的低層功能。單片機完成對DM9000A的初始化，并將需要發送的數據按協議要求進行以太網幀封裝，發送給DM9000A；以中斷的方式接收網絡數據，并對接收到的數據進行解析，對有用數據進行處理。DM9000A接收從單片機發送來的數據，將數據通過RJ45傳送到遠程主機，并通過RJ45接收從遠程主機發送來的數據，將數據初步解析后保存在緩存中，然后向單片機發出中斷信號，由單片機來完成對數據的讀取。系統的硬件設計框圖如圖1所示。系統中單片機和以太網控制器都采用3．3 V來供電。單片機作為系統的主控芯片，和DM9000A之間采用8 b模式(將EECS腳接一個10 kΩ的上拉電阻)，使用P6端口和DM9000A的數據端口相連接，傳輸數據或地址數據，無需電平轉換；P1．0腳和CMD相連，為高時為數據讀／寫操作，為低時為地址讀／寫操作；P1．1腳和INT腳相連，作為單片機的數據讀取中斷信號；P1．2，P1．3腳分別和IOR腳、IOW腳相連，用于控制讀或寫操作，低電平有效，即在信號的上升沿進行讀(IOR)寫(IOW)操作；P1．4腳和CS腳相連，作為DM9000A的片選信號。2 DM9000A芯片操作DM9000A的讀／寫操作與一般的異步存儲器相同，圖2和圖3分別顯示了DM9000A的讀／寫時序。
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RJ45連接器的基本結構件有1、接觸件；2、絕緣體；3、外殼（視品種而定）；4、附件。1、接觸件（contacts） 是電器線束rj45連接器完成電連接功能的核心零件。一般由陽性接觸件和陰性接觸件組成接觸對，通過陰、陽接觸件的插合完成電連接。陽性接觸件為剛性零件，其形狀為圓柱形（圓插針）、方柱形（方插針）或扁平形（插片）。陽性接觸件一般由黃銅、磷青銅制成。陰性接觸件即插孔，是接觸對的關鍵零件，它依靠彈性結構在與插針插合時發生彈性變形而產生彈性力與陽性接觸件形成緊密接觸，完成連接。插孔的結構種類很多，有圓筒型（劈槽、縮口）、音叉型、懸臂梁型（縱向開槽）、折迭型（縱向開槽，9字形）、盒形（方插孔）以及雙曲面線簧插孔等。2、絕緣體。絕緣體也常稱為基座（base）或安裝板（insert），它的作用是使接觸件按所需要的位置和間距排列，并保證接觸件之間和接觸件與外殼之間的絕緣性能。良好的絕緣電阻、耐電壓性能以及易加工性是選擇絕緣材料加工成絕緣體的基本要求。3、殼體。也稱外殼（shell），是rj45連接器的外罩，它為內裝的絕緣安裝板和插針提供機械保護，并提供插頭和插座插合時的對準，進而將連接器固定到設備上。4、附件。附件分結構附件和安裝附件。結構附件如卡圈、定位鍵、定位銷、導向銷、聯接環、電纜夾、密封圈、密封墊等。安裝附件如螺釘、螺母、螺桿、彈簧圈等。附件大都有標準件和通用件。訊磁電子作為行業的后起之秀，在短短的幾年時間里能取得如此驕人的業績，就是依靠著穩定的品質、具有竟爭力的價格，以Z短的交貨期贏得了廣大客戶的支持與信賴，敝司本著“客戶第一、誠信至上”的原則，并與三星、LG、亞旭、智邦、明泰等公司建立了穩定的合作伙伴關系，產品已成功銷往日、韓、歐、美等下十多個國家和地區，這是客戶對我們Z好的肯定。客戶的滿意是我們的追求。在此，訊磁電子科技本著“精誠合作、不斷創新”的發展思路一如既往的為廣大國內外客戶提供優質的產品與服務，并熱誠歡迎廣大客戶朋友前來參觀指導、洽談業務。
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摘要：介紹了一種基于AX88796B的網絡接口設計。詳細介紹了該網絡芯片的硬件結構和功能特性。創新完成了AX88796B與DSP處理器TMS320C 6722連接的硬件設計和軟件驅動設計。涉及的關鍵技術主要有AX88796B的本地總線連接、物理層網絡驅動的設計、網絡報文的發送、網絡報文的接收，以及協議層軟件的開發。系統完成后與其他網絡設備連接，經測試，網絡通信穩定可靠，在100 Mb／s的速度，負荷超過90％的情況下，沒有丟包和錯包出現，可以滿足大數據量、高速通信的要求。1前言美國TI公司的TMS320C6722是一款主要面向嵌入式應用的高性能32位DSP，它數據運算處理能力可達2 000 MIPS和1 500 FLOPS，具有豐富的片上資源，目前已經被廣泛應用在各種數字應用中。AX88796B是由臺灣ASIX公司推出的一款與NE2000兼容的快速以太網控制器，其內部集成10／100M自適應的介質訪問層MAC和物理層收發器PHY以及8K×16b的SRAM，SK支持8位、16位的通用CPU總線類型，執行基于IEEE802.3／IE-EE80.3u局域網標準的以太網控制功能，并且提供發送隊列功能來增強標準NE2000的發送性能。該控制器采用64LQFP封裝，僅占用9 mm×9mm的印制板面積，分析其性能可以滿足系統需要。2 系統硬件設計(1)AX88796B的硬件結構。AX88796B芯片內部集成了8／16位CPU接口、串行E2PROM接口、8 K×16 b的SRAM、包緩存管理、MAC、PHY、以及電源和時鐘等部件。DSP通過讀寫NE2000寄存器來控制AX88796B的工作狀態，通過DMA方式與AX88796B的內部緩存SRAM進行數據交換。芯片自動在SRAM與MAC核之間進行數據發送接收，再經由內部的PHY層發送至RJ45接口。串行 E2PROM接口可以用來連接串行EEPROM，用于存儲MAC地址，供AX88796B每次初始化時讀取。AX88796B芯片的內部結構如圖1所示。(2)系統硬件連接。主控制單元TMS320C6722B與網絡芯片AX88796B的連接方式如圖2所示。TMS320C6722B內部為32 b的總線結構，對外擴展EMIF為16 b的寬度，采用異步總線方式可以直接與網絡芯片無縫連接。片選的連接，用EM_CS2連接到網絡的CS，使AX88796B工作在186_l-ike模式，在配置引腳EECK接上拉電阻。本設計沒有連接EEPROM，所有對AX88796B的配置均由TMS320C6722B在初始化時寫入。3 系統的軟件設計AX88796B的網絡驅動程序是TMS320C6722和AX88796B硬件的接口，因此編寫網絡驅動程序模塊應滿足的主要功能有：AX88796B的初始化、報文的接收、報文的發送；(1)初始化。在AX88796B的初始化過程中除了完成對相關寄存器的定義與賦值外，還要完成對接收緩沖環的構造。對TMS320C6722B，要完成對應EMIF的設置和中斷的初始化。與網卡有關的初始化如下：(2)報文的接收。判斷AX88796B是否接收到新的數據包有2種方式：輪循和中斷。單片機用輪循方式較多。由于TMS320C6722在此還要進行其他處理，為了提高DSP性能和實時性要求，這里采用中斷方式。當網卡接收到新數據包時進入中斷，首先判斷cpr是否等于bnry，若相等，則表示接收緩沖區已被存滿，則停止接收數據包，而不會覆蓋舊的數據；若不等，則將接收緩沖區中待讀取的數據包的起始地址寫入rsar[0，1]寄存器，數據包的開始4字節寫入rbcr[O，1]寄存器，并啟動遠端DMA讀命令，通過讀取4個信息字節得到待讀取數據包的長度、接收狀態和下一個將被讀的頁的指針信息。然后通過遠端DMA讀命令，將數據包從網卡sram中讀入TMS320C6722內存中，并更新讀頁指針寄存器bnr-y，DSP每從網卡內存中讀走一頁數據，bnry便加一，這需要通過程序實現。網卡通過cpr將接收到的數據包寫入接收緩沖區，每寫完一頁，cpr將自動加一，當加到最后的空頁(這里是 pstop=0x80)時，cpr將自動恢復為接收緩沖區的首頁(pstart=Ox4c)。網卡接收關鍵性代碼如下：(3)報文的發送。報文的發送過程就是調用寫網卡函數，將報文發送到網卡的內存中去。然后將AX88796B的控制寄存器(CR)的發送位 TXP(transmit packet)位置1，即將報文發送。dsp通過遠端dma通道將網卡發送緩沖區的起始地址和要發送的字節數分別寫入rsar[O，1]和 rbcr[0，1]，然后啟動遠端dma寫命令即可將數據包寫入網卡內存，此后將字節數寫入tber[O，1]寄存器，啟動發送命令就可將數據包發送到網絡上。網卡發送的關鍵代碼如下：4 結語：在如上所述的底層硬件和軟件設計基礎上，完成了UDP和TCP／IP協議棧的軟件，系統主要使用這2個協議進行網絡數據傳輸。長期的系統在線驗證證明，在TMS320C6722上擴展的網絡接口AX88796B，傳輸可靠，性能穩定，在100 Mb／s的速度，負荷超過90％的情況下，沒有丟包和錯包出現。可見，對這種只有異步總線，又需要網絡大數據量傳輸的應用，該設計是可行的。
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嵌入式系統以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、適應了各種應用系統中對功能、可靠性、成本、體積、功耗等的嚴格要求，因此它贏得了巨大的市場，在應用數量上遠遠超過了各種通用計算機。嵌入式接入Internet是近幾年隨著計算機網絡技術的普及和發展而發展起來的一項新興概念和技術，它通過為現有嵌入式系統增加因特網接入能力來擴展其功能，一般指設備通過嵌入式模塊而非PC系統直接接入Internet，以Internet為介質實現信息交互的過程，通常又稱為非PC接入。嵌入式系統利用網絡接口控制芯片實現與網絡的通信功能，成本低，控制方便可靠，滿足系統對通信的要求。考慮到本身的特點，在大量工業領域中應用嵌入式設備功能比較單一，在上述網絡接口控制芯片接口程序的基礎上只需要開發簡化的嵌入式協議棧，就可滿足許多情況下的應用需求。目前，許多公司和組織致力于將以太網與現場總線實現無縫連接，使以太網越來越向底層延伸。以太網在現場設備中的應用研究和基于以太網的智能芯片的開發等也日益成為研究的熱點。1 嵌入式接入網的主要方式目前嵌入式系統接入Internet通常有以下兩種主要方式：(1)采用高速的16／32Bit微控制器直接實現TCP/IP協議，這種方法的實現框圖如圖1所示。這種方式可以使嵌入式系統直接與Internet相連，有很大的靈活性。缺點是占用的系統資源較多，對微控制器的要求也很高，無法在8／16Bit低速微控制器為核心的嵌入式系統上實現。(2)使用嵌入式網關來實現，如圖2所示。各個嵌入式系統首先和網關進行通信，通信方式采用傳統的RS-232、RS-485等，由嵌入式網關負責實現TCP/IP協議，完成嵌入式系統的信息與Internet的信息交互。這種方案解決了以低速8／16Bit微控制器為核心的嵌入式系統接入Internet的問題。缺點是需要一個專門的嵌入式網關，而且和各個嵌入式系統之間的通信同樣受到速度和距離的限制，這種方法的實現成本將會增加。2 嵌入式系統的組成嵌入式系統包括硬件和軟件兩部分。硬件包括處理器微處理器、存儲器及外設器件和30端口、圖形控制器等。軟件部分包括操作系統軟件（要求實時和多任務操作）和應用程序編程。嵌入式系統的核心是嵌入式微處理器。嵌入式互聯的目標是嵌入式設備工作在以網絡為中心的環境中，把“孤立的目標系統”相互連接起來。為適應嵌入式分布處理結構和應用上網需求，嵌入式系統必需配有一種或多種網絡通信接口，使嵌入式微控制器不僅能執行傳統的控制功能，而且還能執行與連接因特網相關的功能，從而把標準網絡技術（TCP/IP）一直擴展到嵌入設備，由嵌入式系統自身實現Web服務器功能，這是解決嵌入式Internet問題的最佳方案；嵌入式設備接入Intranet/Internet網原則上講，只要實現TCP/IP網絡協議就可以。針對嵌入式設備連接涉及的兩個關鍵問題即傳送信息的媒質和采用的協議。最常用的聯接模式是以太網通信介質的有線連接與TCP/IP協議。其網絡體系結構與協議分層如圖1所示。利用網絡接口控制器（NIC-Network InteRFace Controller）來實現物理層和鏈路層協議，同時微處理器運行嵌入式TCP/IP協議通信模塊來實現與Intranet/Internet網的連接。一旦這個目標得以實現，就能在網絡環境下在任何時間從任何地點對位于任何其它地方的系統中的微控制器進行監控，利用傳統的Web和因特網機制遠程監視數據和運行情況控制，而且還能在合適的條件下對系統進行調試、升級和維護。 技術難點分析3．1 發送數據的封裝把一組數據發送到基于TCP/IP協議的網絡上，首要條件是產生符合TCP/IP協議的數據格式。首先從一個物理幀的格式來分析。一個標準的IEEE802.3的物理幀如圖4所示：如果與嵌入式系統的通信只是局限于局域網之中，在物理幀的數據域內可以直接放置要發送的數據。如果需要和其他的網絡進行通信，在物理幀的數據域中需要封裝更高層的協議，嵌入式系統發送的數據應該封裝在高層協議的數據域內。這些數據的層層封裝和物理幀的形成對于速度沒有特殊的要求，普通的低速微控制器完全可以實現。3．2 發送數據的發送以10M以太網為例說明，發送數據時應該做的工作是，首先對待發送的數據進行曼徹斯特編碼，而后對編碼后的數據進行扭曲處理，使發送的數據適合在 10M以太網上傳輸，最后把處理好的數據以10M的速度發送到以太網上。同時，為了保證數據的有效發送，系統還應具有沖突檢測和重發的功能。從以上的發送過程可以看出，直接用普通的微控制器是很困難的，應該考慮用其他的方法實現。4 一種嵌入式網絡接口的實現方案基于因特網的嵌入式網絡體系結構實現的核心問題是如何實現嵌入式網絡接口。在眾多實現方案中,以ＭＣＵ為核心的實現方案,雖然實現起來有一定困難,仍因其極低的成本,受到格外重視。在此實現了一種網絡接口芯片與ＭＣＵ相結合的方案,如圖5所示。RTL8019AS與硬件實現以太網接口芯片中,選用RTL8019AS。由臺灣Ｒｅａｌｔｅｋ公司生產的RTL8019AS以太網控制器,由于其優良的性能、低廉的價格,使其在市場上的10Ｍｂｐｓ網卡中占有相當的比例。使用8051/52兼容單片機實現對RTL8019AS的控制,電路圖如圖6所示。RTL8019AS采用8位數據傳輸的跳線模式(ＩＯＣＳ16接地, ＪＰ接高電平)。Ｐ0口通過地址鎖存器實現地址數據復用。Ｐ3.4片選RTL8019AS。數據收發不使用中斷驅動,全部由軟件查詢實現。基地址選擇引腳ＩＯＳ[3:0]空,Ｉ/Ｏ基地址為300Ｈ。使用雙絞線為通信介質,所使用的引腳有:ＴＰＩＮ+,ＴＰＩＮ-,ＰＯＵＴ+,ＴＰＯＵＴ-,連入耦合隔離變壓器ＦＢ2022,通過ＲＪ 45插頭實現與網絡的連接。通常ＴＣＰ/ＩＰ是指Ｉｎｔｅｒｎｅｔ協議簇,而不單單是ＴＣＰ/ＩＰ。因此,在8ｂｉｔＭＣＵ不大的ＲＯＭ空間里,不可能實現所有的ＴＣＰ/ＩＰ協議。考慮到嵌入式應用中硬件系統的多樣性,完成特定功能的應用程序也各不相同,因而軟件的設計在保證滿足功能前提下,最好短小,易于被移植,尤其是應用程序與網絡協議軟件應具備一定的獨立性。因此,選擇ＴＣＰ/ＩＰ作為嵌入式網絡的通信協議,同時必須對ＴＣＰ/ＩＰ協議簇根據實際需要進行必要的刪減,即實現一個ｔｈｉｎＴＣＰ/ＩＰ協議簇。通常的ｔｈｉｎＴＣＰ/ＩＰ的層次結構與標準的ＴＣＰ/ＩＰ的一樣,也是四層結構(圖7)。以太網接口層主要實現對以太網接口芯片的控制,ＩＰ層根據實際需要選擇實現ＡＲＰ(地址解析協議)、ＲＡＲＰ(反向地址解析協議)、ＩＣＭＰ(因特網控制報文協議)以及ＩＧＭＰ(網絡組管理協議)。傳輸層主要由ＴＣＰ(傳輸控制協議)和ＵＤＰ(用戶數據報協議)組成,在實際實現時,根據需要可只實現其中一個。ＣＩＰ(控制信息協議)是專為控制設備、基于對象的一種方法,它是獨立于特定網絡的應用層協議,提供了訪問數據和控制設備操作的服務集。ＣＩＰ的制定需要根據具體應用加以考慮,與通常協議的格式相似,也為“命令+數據”模式。
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一些朋友會問，關于六類網線可以運行1000M，想購買1000M交換機作為主網，在一棟樓里，不超過100M，用六類網線設計的通用數據是500M的意思，還沒有明白它的意思嗎？上面提到的1000米和500米指的是帶寬，M是兆位，而不是米。6條線是千兆位網絡的配置。6類網線、6類網線能跑1000米嗎？1000M網絡，要求物理頻率100MHz超五類0.5線徑 OFC無氧銅線，最大頻率155MHz六類0.57線徑 OFC無氧銅線，最大頻率250MHz看起來超五類和六類跑千兆似乎沒什么區別。所以說六類網線跑千兆是可以的。1000M交換機全稱為1000Mbps網絡，指的是傳輸速率，并非指帶寬，帶寬單位為MHz.CAT6的標準帶寬為250MHz，四對雙向傳輸輕松達到1000Mbps.此類是為千兆網量身定作的。使用CAT5E也是沒有錯的。但是，一定要選擇像Enri-Link Enrique Intelligence這樣的大品牌，以確保它真正滿足千兆網絡的要求，因為在CAT 5E方面，這需要高水平的制造要求。