RAM微控制器的以太網(wǎng)通信接口設(shè)計(jì)

閆鵬

【摘要】 采用STM32F103系列RAM微控制器和以太網(wǎng)控制器芯片ENC28J60為核心來搭建網(wǎng)絡(luò)接口。文中首先闡明接口的硬件架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法，詳細(xì)分析了軟件與驅(qū)動程序開發(fā)，明確系統(tǒng)的通信過程。該設(shè)計(jì)能夠進(jìn)行信息的穩(wěn)定、有效的傳輸，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接口功能。

【關(guān)鍵詞】 STM32F103 ENC28J60 以太網(wǎng)

以太網(wǎng)是目前應(yīng)用廣泛的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，借助此技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)微控制器之間長距離、高速率的傳輸。

一、接口的硬件架構(gòu)

1.1 硬件模塊介紹

ENC28J60是美國微芯科技公司推出的符合IEEE 802.3協(xié)議規(guī)范的一款28引腳獨(dú)立以太網(wǎng)控制器芯片，帶有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口，集成了媒體訪問控制器和10BASE—T以太網(wǎng)物理層器件，支持全雙工和半雙工模式，可編程填充和CRC生成，可編程8 kbyte雙端口SRAM緩沖器，可配置發(fā)送/接收緩沖器的大小，具有硬件管理的循環(huán)接受FIFO。在它內(nèi)部還提供了一個(gè)DMA模塊，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速吞吐，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)10 Mbit/s。ENC28J60和主控制器的通信通過SPI接口實(shí)現(xiàn)，使得實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)接口變得靈活簡單。

1.2 電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

NC28J60采用標(biāo)準(zhǔn)的SPI串行接口，4條線與STM32F103的SPI接口連接。當(dāng)SCK為上升沿時(shí)命令和數(shù)據(jù)可通過SI引腳送入器件。在SCK的下降沿從SO引腳輸出數(shù)據(jù)。當(dāng)執(zhí)行操作/CS引腳始終保持低電平，操作完成時(shí)恢復(fù)高電平。如圖1以太網(wǎng)電路控制圖所示。

圖1 以太網(wǎng)電路控制圖

如圖1所示，差分接收引腳（TPIN+/TPIN-）以及差分發(fā)送引腳（TPOUT+/TPOUT-）與集成變壓器帶中心抽頭的腳45插座HR911105A連接，ENC28J60的內(nèi)部模擬電路需要在RBIAS引腳與地之間外接一個(gè)2 K（精度為1%）電阻。為降低功耗，ENC28J60中的一些數(shù)字電路工作在2.5V標(biāo)稱電壓下，該電壓有其內(nèi)部一個(gè)2.5 V穩(wěn)壓器以產(chǎn)生，為使之工作穩(wěn)定，需在VCAP引腳與地之間連接一個(gè)10μ的電容。

以太網(wǎng)接口選用帶有網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器功能的HR911105A來實(shí)現(xiàn)。LEDA和LEDB引腳支持復(fù)位時(shí)的自動極性檢測。可以在這兩個(gè)引腳上，以拉電流或灌電流點(diǎn)亮LED的兩種方式連接LED。系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，ENC28J60將檢測LED的連接方式，并將LED驅(qū)動為PHLCON寄存器配置的默認(rèn)狀態(tài)。如果在ENC28J60運(yùn)行時(shí)改變LED的極性，新極性將在下一次系統(tǒng)復(fù)位時(shí)才能被檢測到。復(fù)位時(shí)會自動讀取LEDB上LED的連接狀態(tài)，并確定如何初始化PHCONl.PDPXMD位。如果引腳采用拉電流的方式點(diǎn)亮LED，則復(fù)位時(shí)此位清零且PHY默認(rèn)為在半雙工模式下運(yùn)行。

二、軟件設(shè)計(jì)

2.1 ENC28J60初始化

在使用ENC28J60發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包時(shí)，必須先對器件進(jìn)行初始化設(shè)置。根據(jù)不同的應(yīng)用，配置選項(xiàng)可能需要更改。ENC28J60初始化主要是對其接收和發(fā)送緩沖器、接收過濾器、晶振啟動時(shí)間、MAC寄存器、PHY寄存器進(jìn)行設(shè)置。

2.2數(shù)據(jù)的接收

接收過程主要包括接收設(shè)置與啟動，內(nèi)部接收與過濾，數(shù)據(jù)包讀取與處理。接收啟動后，內(nèi)部自動進(jìn)行接收和過濾，未濾除的數(shù)據(jù)包寫人循環(huán)接收緩沖器（其存儲結(jié)構(gòu)包括一個(gè)報(bào)頭、實(shí)際包數(shù)據(jù)、可能的填充字節(jié)）并產(chǎn)生中斷；通過中斷服務(wù)分析報(bào)頭，讀取實(shí)際包數(shù)據(jù)。發(fā)送過程主要包括：發(fā)送準(zhǔn)備，發(fā)送，發(fā)送異常處理。ENC28J60自動生成前導(dǎo)符和幀起始定界符、最小包的填充和有效CRC追加。在發(fā)送準(zhǔn)備過程中需要進(jìn)行最小包填充設(shè)置，CRC追加設(shè)置，包控制字節(jié)輸人，以及MAC幀有效字段輸人。發(fā)送過程是內(nèi)部過程。當(dāng)發(fā)送異常中止時(shí)，需要根據(jù)MAC模塊自動產(chǎn)生的7 byte發(fā)送狀態(tài)向量進(jìn)行相應(yīng)處理。

三、測試及結(jié)果

用網(wǎng)線連接測試板與計(jì)算機(jī)，通過Ping 命令來測試計(jì)算每幀數(shù)據(jù)間隔時(shí)間，并計(jì)算有多少個(gè)包被發(fā)送，可以判斷網(wǎng)絡(luò)大致的情況。測試結(jié)果表明，微控制器接收到了PC機(jī)發(fā)送的4個(gè)數(shù)據(jù)包，通信效果良好。該網(wǎng)絡(luò)接口可以實(shí)現(xiàn)微控制器、微控制器與計(jì)算機(jī)之間網(wǎng)絡(luò)通信。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 肖廣兵，萬茂松.基于STM32的系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013：74—75.

[2] 王海民，王宏志.STM32以太網(wǎng)控制系統(tǒng) [J].長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).2014（01）：64endprint

【摘要】 采用STM32F103系列RAM微控制器和以太網(wǎng)控制器芯片ENC28J60為核心來搭建網(wǎng)絡(luò)接口。文中首先闡明接口的硬件架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法，詳細(xì)分析了軟件與驅(qū)動程序開發(fā)，明確系統(tǒng)的通信過程。該設(shè)計(jì)能夠進(jìn)行信息的穩(wěn)定、有效的傳輸，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接口功能。

【關(guān)鍵詞】 STM32F103 ENC28J60 以太網(wǎng)

以太網(wǎng)是目前應(yīng)用廣泛的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，借助此技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)微控制器之間長距離、高速率的傳輸。

一、接口的硬件架構(gòu)

1.1 硬件模塊介紹

ENC28J60是美國微芯科技公司推出的符合IEEE 802.3協(xié)議規(guī)范的一款28引腳獨(dú)立以太網(wǎng)控制器芯片，帶有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口，集成了媒體訪問控制器和10BASE—T以太網(wǎng)物理層器件，支持全雙工和半雙工模式，可編程填充和CRC生成，可編程8 kbyte雙端口SRAM緩沖器，可配置發(fā)送/接收緩沖器的大小，具有硬件管理的循環(huán)接受FIFO。在它內(nèi)部還提供了一個(gè)DMA模塊，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速吞吐，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)10 Mbit/s。ENC28J60和主控制器的通信通過SPI接口實(shí)現(xiàn)，使得實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)接口變得靈活簡單。

1.2 電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

NC28J60采用標(biāo)準(zhǔn)的SPI串行接口，4條線與STM32F103的SPI接口連接。當(dāng)SCK為上升沿時(shí)命令和數(shù)據(jù)可通過SI引腳送入器件。在SCK的下降沿從SO引腳輸出數(shù)據(jù)。當(dāng)執(zhí)行操作/CS引腳始終保持低電平，操作完成時(shí)恢復(fù)高電平。如圖1以太網(wǎng)電路控制圖所示。

圖1 以太網(wǎng)電路控制圖

如圖1所示，差分接收引腳（TPIN+/TPIN-）以及差分發(fā)送引腳（TPOUT+/TPOUT-）與集成變壓器帶中心抽頭的腳45插座HR911105A連接，ENC28J60的內(nèi)部模擬電路需要在RBIAS引腳與地之間外接一個(gè)2 K（精度為1%）電阻。為降低功耗，ENC28J60中的一些數(shù)字電路工作在2.5V標(biāo)稱電壓下，該電壓有其內(nèi)部一個(gè)2.5 V穩(wěn)壓器以產(chǎn)生，為使之工作穩(wěn)定，需在VCAP引腳與地之間連接一個(gè)10μ的電容。

以太網(wǎng)接口選用帶有網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器功能的HR911105A來實(shí)現(xiàn)。LEDA和LEDB引腳支持復(fù)位時(shí)的自動極性檢測?？梢栽谶@兩個(gè)引腳上，以拉電流或灌電流點(diǎn)亮LED的兩種方式連接LED。系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，ENC28J60將檢測LED的連接方式，并將LED驅(qū)動為PHLCON寄存器配置的默認(rèn)狀態(tài)。如果在ENC28J60運(yùn)行時(shí)改變LED的極性，新極性將在下一次系統(tǒng)復(fù)位時(shí)才能被檢測到。復(fù)位時(shí)會自動讀取LEDB上LED的連接狀態(tài)，并確定如何初始化PHCONl.PDPXMD位。如果引腳采用拉電流的方式點(diǎn)亮LED，則復(fù)位時(shí)此位清零且PHY默認(rèn)為在半雙工模式下運(yùn)行。

二、軟件設(shè)計(jì)

2.1 ENC28J60初始化

在使用ENC28J60發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包時(shí)，必須先對器件進(jìn)行初始化設(shè)置。根據(jù)不同的應(yīng)用，配置選項(xiàng)可能需要更改。ENC28J60初始化主要是對其接收和發(fā)送緩沖器、接收過濾器、晶振啟動時(shí)間、MAC寄存器、PHY寄存器進(jìn)行設(shè)置。

2.2數(shù)據(jù)的接收

接收過程主要包括接收設(shè)置與啟動，內(nèi)部接收與過濾，數(shù)據(jù)包讀取與處理。接收啟動后，內(nèi)部自動進(jìn)行接收和過濾，未濾除的數(shù)據(jù)包寫人循環(huán)接收緩沖器（其存儲結(jié)構(gòu)包括一個(gè)報(bào)頭、實(shí)際包數(shù)據(jù)、可能的填充字節(jié)）并產(chǎn)生中斷；通過中斷服務(wù)分析報(bào)頭，讀取實(shí)際包數(shù)據(jù)。發(fā)送過程主要包括：發(fā)送準(zhǔn)備，發(fā)送，發(fā)送異常處理。ENC28J60自動生成前導(dǎo)符和幀起始定界符、最小包的填充和有效CRC追加。在發(fā)送準(zhǔn)備過程中需要進(jìn)行最小包填充設(shè)置，CRC追加設(shè)置，包控制字節(jié)輸人，以及MAC幀有效字段輸人。發(fā)送過程是內(nèi)部過程。當(dāng)發(fā)送異常中止時(shí)，需要根據(jù)MAC模塊自動產(chǎn)生的7 byte發(fā)送狀態(tài)向量進(jìn)行相應(yīng)處理。

三、測試及結(jié)果

用網(wǎng)線連接測試板與計(jì)算機(jī)，通過Ping 命令來測試計(jì)算每幀數(shù)據(jù)間隔時(shí)間，并計(jì)算有多少個(gè)包被發(fā)送，可以判斷網(wǎng)絡(luò)大致的情況。測試結(jié)果表明，微控制器接收到了PC機(jī)發(fā)送的4個(gè)數(shù)據(jù)包，通信效果良好。該網(wǎng)絡(luò)接口可以實(shí)現(xiàn)微控制器、微控制器與計(jì)算機(jī)之間網(wǎng)絡(luò)通信。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 肖廣兵，萬茂松.基于STM32的系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013：74—75.

[2] 王海民，王宏志.STM32以太網(wǎng)控制系統(tǒng) [J].長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).2014（01）：64endprint

【摘要】 采用STM32F103系列RAM微控制器和以太網(wǎng)控制器芯片ENC28J60為核心來搭建網(wǎng)絡(luò)接口。文中首先闡明接口的硬件架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法，詳細(xì)分析了軟件與驅(qū)動程序開發(fā)，明確系統(tǒng)的通信過程。該設(shè)計(jì)能夠進(jìn)行信息的穩(wěn)定、有效的傳輸，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接口功能。

【關(guān)鍵詞】 STM32F103 ENC28J60 以太網(wǎng)

以太網(wǎng)是目前應(yīng)用廣泛的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，借助此技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)微控制器之間長距離、高速率的傳輸。

一、接口的硬件架構(gòu)

1.1 硬件模塊介紹

ENC28J60是美國微芯科技公司推出的符合IEEE 802.3協(xié)議規(guī)范的一款28引腳獨(dú)立以太網(wǎng)控制器芯片，帶有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口，集成了媒體訪問控制器和10BASE—T以太網(wǎng)物理層器件，支持全雙工和半雙工模式，可編程填充和CRC生成，可編程8 kbyte雙端口SRAM緩沖器，可配置發(fā)送/接收緩沖器的大小，具有硬件管理的循環(huán)接受FIFO。在它內(nèi)部還提供了一個(gè)DMA模塊，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速吞吐，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)10 Mbit/s。ENC28J60和主控制器的通信通過SPI接口實(shí)現(xiàn)，使得實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)接口變得靈活簡單。

1.2 電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

NC28J60采用標(biāo)準(zhǔn)的SPI串行接口，4條線與STM32F103的SPI接口連接。當(dāng)SCK為上升沿時(shí)命令和數(shù)據(jù)可通過SI引腳送入器件。在SCK的下降沿從SO引腳輸出數(shù)據(jù)。當(dāng)執(zhí)行操作/CS引腳始終保持低電平，操作完成時(shí)恢復(fù)高電平。如圖1以太網(wǎng)電路控制圖所示。

圖1 以太網(wǎng)電路控制圖

如圖1所示，差分接收引腳（TPIN+/TPIN-）以及差分發(fā)送引腳（TPOUT+/TPOUT-）與集成變壓器帶中心抽頭的腳45插座HR911105A連接，ENC28J60的內(nèi)部模擬電路需要在RBIAS引腳與地之間外接一個(gè)2 K（精度為1%）電阻。為降低功耗，ENC28J60中的一些數(shù)字電路工作在2.5V標(biāo)稱電壓下，該電壓有其內(nèi)部一個(gè)2.5 V穩(wěn)壓器以產(chǎn)生，為使之工作穩(wěn)定，需在VCAP引腳與地之間連接一個(gè)10μ的電容。

以太網(wǎng)接口選用帶有網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器功能的HR911105A來實(shí)現(xiàn)。LEDA和LEDB引腳支持復(fù)位時(shí)的自動極性檢測?？梢栽谶@兩個(gè)引腳上，以拉電流或灌電流點(diǎn)亮LED的兩種方式連接LED。系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，ENC28J60將檢測LED的連接方式，并將LED驅(qū)動為PHLCON寄存器配置的默認(rèn)狀態(tài)。如果在ENC28J60運(yùn)行時(shí)改變LED的極性，新極性將在下一次系統(tǒng)復(fù)位時(shí)才能被檢測到。復(fù)位時(shí)會自動讀取LEDB上LED的連接狀態(tài)，并確定如何初始化PHCONl.PDPXMD位。如果引腳采用拉電流的方式點(diǎn)亮LED，則復(fù)位時(shí)此位清零且PHY默認(rèn)為在半雙工模式下運(yùn)行。

二、軟件設(shè)計(jì)

2.1 ENC28J60初始化

在使用ENC28J60發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包時(shí)，必須先對器件進(jìn)行初始化設(shè)置。根據(jù)不同的應(yīng)用，配置選項(xiàng)可能需要更改。ENC28J60初始化主要是對其接收和發(fā)送緩沖器、接收過濾器、晶振啟動時(shí)間、MAC寄存器、PHY寄存器進(jìn)行設(shè)置。

2.2數(shù)據(jù)的接收

接收過程主要包括接收設(shè)置與啟動，內(nèi)部接收與過濾，數(shù)據(jù)包讀取與處理。接收啟動后，內(nèi)部自動進(jìn)行接收和過濾，未濾除的數(shù)據(jù)包寫人循環(huán)接收緩沖器（其存儲結(jié)構(gòu)包括一個(gè)報(bào)頭、實(shí)際包數(shù)據(jù)、可能的填充字節(jié)）并產(chǎn)生中斷；通過中斷服務(wù)分析報(bào)頭，讀取實(shí)際包數(shù)據(jù)。發(fā)送過程主要包括：發(fā)送準(zhǔn)備，發(fā)送，發(fā)送異常處理。ENC28J60自動生成前導(dǎo)符和幀起始定界符、最小包的填充和有效CRC追加。在發(fā)送準(zhǔn)備過程中需要進(jìn)行最小包填充設(shè)置，CRC追加設(shè)置，包控制字節(jié)輸人，以及MAC幀有效字段輸人。發(fā)送過程是內(nèi)部過程。當(dāng)發(fā)送異常中止時(shí)，需要根據(jù)MAC模塊自動產(chǎn)生的7 byte發(fā)送狀態(tài)向量進(jìn)行相應(yīng)處理。

三、測試及結(jié)果

用網(wǎng)線連接測試板與計(jì)算機(jī)，通過Ping 命令來測試計(jì)算每幀數(shù)據(jù)間隔時(shí)間，并計(jì)算有多少個(gè)包被發(fā)送，可以判斷網(wǎng)絡(luò)大致的情況。測試結(jié)果表明，微控制器接收到了PC機(jī)發(fā)送的4個(gè)數(shù)據(jù)包，通信效果良好。該網(wǎng)絡(luò)接口可以實(shí)現(xiàn)微控制器、微控制器與計(jì)算機(jī)之間網(wǎng)絡(luò)通信。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 肖廣兵，萬茂松.基于STM32的系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013：74—75.

[2] 王海民，王宏志.STM32以太網(wǎng)控制系統(tǒng) [J].長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).2014（01）：64endprint