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          一種低成本的Ehternet嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

          作者: 時(shí)間:2013-02-05 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
          隨著互聯(lián)網(wǎng)中硬件的迅猛發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)用戶呈指數(shù)增長(zhǎng)。在使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的同時(shí),各種家電設(shè)備、儀器儀表以及工業(yè)生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備也逐步地走向網(wǎng)絡(luò)化,以便共享網(wǎng)絡(luò)中龐大的信息資源。

          本設(shè)計(jì)是以全電子化鐵路車站控制系統(tǒng)為背景,任務(wù)是實(shí)現(xiàn)鐵路車站執(zhí)行機(jī)與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)機(jī)之間的信息交換。其中,執(zhí)行機(jī)包括各個(gè)執(zhí)行單元,采用CAN總線接口。監(jiān)測(cè)機(jī)為遠(yuǎn)程的PC控制機(jī),采用以太網(wǎng)接口。本設(shè)計(jì)指在實(shí)現(xiàn)CAN通信鏈路和以太網(wǎng)通信鏈路的透明連接,最終形成通用的CAN總線以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。

          CAN總線與以太網(wǎng)通信,通常采用兩種方案,一種是采用工控機(jī)加網(wǎng)卡來實(shí)現(xiàn)。這種連接方式成本高,開發(fā)周期長(zhǎng)。另一種是采用32位MCU+RTOS的方案,這種方案采用32位高檔單片機(jī),在RTOS(實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng))的平臺(tái)上進(jìn)行軟件開發(fā),在中實(shí)現(xiàn)TCP/IP的協(xié)議處理。它的缺點(diǎn)是:?jiǎn)纹瑱C(jī)價(jià)格較高,開發(fā)周期較長(zhǎng),需要購買昂貴的RTOS開發(fā)軟件,對(duì)開發(fā)人員的開發(fā)能力要求較高。鑒于上述方案的優(yōu)缺點(diǎn),筆者設(shè)計(jì)一種單獨(dú)的以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)互連系統(tǒng),成功地實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)與CAN總線的直接互聯(lián)。

          一、硬件設(shè)計(jì)

          系統(tǒng)電路原理如圖1所示。本系統(tǒng)以單片機(jī)為界,為了兩部分:CAN總線控制部分和以太網(wǎng)控制部分。系統(tǒng)提供RJ45接口連接Ethernet網(wǎng)絡(luò),并且提供一個(gè)CAN總線接口供用戶使用。系統(tǒng)可以把從Ethernet上過來的IP數(shù)據(jù)報(bào)解包送給CAN總線接口,也可把從CAN總線接口過來的數(shù)據(jù)封裝為IP包送到局域網(wǎng)中。


          圖1 系統(tǒng)電路原理框圖

          (一)單片機(jī)及其外部存儲(chǔ)器

          單片機(jī)W78E58B為主要控制部分,實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)芯片和CAN控制器的控制。在微處理器內(nèi)嵌入TCP/IP協(xié)議和CAN協(xié)議,完成兩者之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換,實(shí)現(xiàn)CAN接口和以太網(wǎng)接口之間數(shù)據(jù)的透明傳輸。

          62256是32K的外部RAM,用來緩存以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包和CAN總線傳來的數(shù)據(jù),使用它的目的是提高單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸速度和處理復(fù)雜的TCP/IP協(xié)議。由于以太網(wǎng)最大的數(shù)據(jù)包有1514字節(jié),而單片機(jī)W78E58B只能256字節(jié)的RAM,無法存儲(chǔ)這么大的數(shù)據(jù)包,只能放在外部RAM里,以使單片機(jī)能夠高速地吞吐數(shù)據(jù)。P2.7為低電平時(shí),62256被選通,因此其尋址范圍為0000H~7FFFH。

          單片機(jī)W78E58B內(nèi)部有32K的EEPROM,可用來存儲(chǔ)一些配置信息,如網(wǎng)關(guān)IP地址、MAC地址、的ID網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符、網(wǎng)絡(luò)掩碼和總線定時(shí)(BTR0、BTR1)等。這樣可以靈活方便地修改網(wǎng)關(guān)參數(shù),適應(yīng)不同的環(huán)境,同時(shí)也有利于以后的擴(kuò)展。

          (二)以太網(wǎng)控制部分

          RTL8019AS是臺(tái)灣Realtek公司制造的一種高集成度的全雙工10M/S以太網(wǎng)控制芯片,可實(shí)現(xiàn)基于Ethernet協(xié)議的MAC層的全部功能,內(nèi)置16KB的SRAM、雙DMA通道和FIFO,可完成數(shù)據(jù)包的接收和發(fā)送功能。

          在該設(shè)計(jì)中,RTL8019AS使用跳線模式(JP置為高),數(shù)據(jù)線使用八位模式(IOCS16B用27kΩ電阻下拉接地),RTL8019AS的低五位地址線SA0~SA4對(duì)應(yīng)接到單片機(jī)的P2.0~P2.4,SA6和SA9接VCC,其他地址線全部接地。當(dāng)P2.6和P2.7同時(shí)為高電平時(shí)RTL8019AS的片選信號(hào)AEN使能。RTL8019AS的I/O地址需要映射為單片機(jī)的I/O地址,這樣單片機(jī)才能操作RTL8019AS。根據(jù)電路設(shè)計(jì),該系統(tǒng)中單片機(jī)的I/O地址與RTL8019AS的I/O地址之間的映射關(guān)系為:0XC000H~240H,0XC100H~241H…)XDF00H~25FH,共32個(gè)字節(jié)。RTL8019AS除與單片機(jī)連接外,還將其網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器的四根引腳HD、LD、TRIN+、TPIN-通過外部的隔離濾波器LPF與以太網(wǎng)相連,目的是提高網(wǎng)絡(luò)通信的抗干擾能力。

          (三)CAN總線控制部分

          為CAN總線控制器,具有多主結(jié)構(gòu)、總線訪問優(yōu)先權(quán)、廣播報(bào)文功能及硬件濾波功能,具有簡(jiǎn)單總線連接的可完成物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能。它具有兩種工作模式BasicCAN和PeliCAN。BasicCAN僅支持標(biāo)準(zhǔn)模式(本文僅介紹BasicCAN模式),支持錯(cuò)誤分析功能,對(duì)CAN收發(fā)器進(jìn)行控制,為微控制器提供控制CAN總線的簡(jiǎn)單接口。單片機(jī)對(duì)SAJ1000的讀寫就像讀寫自己的外部RAM一樣。P2.7取反后作為其片選信號(hào)線。因此,SJA1000對(duì)應(yīng)地址為8000H~807FH。SJA1000的/INT引腳接單片機(jī)的INT1引腳,使單片機(jī)能夠?qū)崟r(shí)響應(yīng)CAN的中斷請(qǐng)求。


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