嵌入式系統以太網接口的設計

目前,以太網(Ethernet)協議已經非常廣泛地應用于各種計算機網絡,如辦公局域網、工業控制網絡、因特網等場合,并且還在不斷地發展。基于以太網的新技術和聯網設備不斷出現,以太網已經成為事實上最常用的網絡標準之一。

但是,基于以太網的嵌入式系統目前并不是很多。其原因除了嵌入式系統本身運行速度較慢、資源較少且不足以實現以太網的各種協議外,更重要是設計以太網的接口及協議相對比較復雜,使人望而卻步。

本文將介紹以8051系列單片機系統為例的嵌入式系統與10Mbps以太網控制器芯片DM9008的接口電路實現及編程方法。

1 以太網控制器DM9008簡介

DM9008是臺灣DAVICOM公司生產的基于ISA總線的10M超級以太網控制器芯片。它集成了介質訪問控制子層(MAC)和物理層的功能,可以方便地設計基于ISA總線的系統,也可以比較簡單地與通用單片機進行接口。

主要特點如下:

?實現IEEE 802.3協議、10BASE-T、10BASE2和10BASE5的單芯片解決方案;

?集成ISA總線接口、8K×16 SRAM、介質訪問控制(MAC)、編解碼器(ENDEC)和10BASE-T收發器;

?與NOVELL NE2000軟件兼容;

?可選8根中斷申請線;

?自動極性檢測和糾正;

?可選8、16位模式;

?外部可編程EEPROM;

?單5V電源低功耗CMOS設計;

?100腳PQFP封裝。

由于該芯片功能較強,配置有較多的引腳,但在與一般單片機接口時只需要用到其中的一部分即可完成常用的功能。

2 與8051單片機系統的接口電路

下面介紹國內最常用的8051系列單片機與DM9008的接口電路,實現的網絡接口采用無屏蔽雙絞線(UTP)RJ-45接口。

圖1給出了8051單片機系統與DM9008網絡控制器的接口電路框圖。8051單片機系統所提供的接口信號線為:P0口的8位數據總線D0～D7、5根經過鎖存的地址線A0～A4、讀信號線RD、寫信號線WR、經過譯碼產生的片選線CS1和經過反相后高電平有效地中斷請求線INT。這些信號線分別與DM9008的數據線低8位SD0～SD7、地址線低5位SA0～SA4、I/O讀信號線IOR、I/O寫信號線IOW、地址使能線AEN和8根中斷請求線中的一根IRQ12相連。

DM9008的復位線RST與8051單片機的復位線同為高電平有效,故在系統上電時同時復位。時鐘電路只需外接1個20MHz的晶振及2個電容即可。

DM9008有16根數據線,與8051單片機接口,只需用到低8位數據線,其它高8位數據線不用,IO16接高電平或浮空,MD6/SLOT接地。地址線有SA0～SA19共20根,只用到低5位SA0～SA4與單片機相連,SA5～SA7接地、SA8～SA9接高電平,其它高地址位全部接地。這樣對于DM9008內部來說,I/O的基地址為300H。另外BALE、SYSCLK接地,SMEMR、MEMW、MEMR浮空。DM9008有8根中斷請求線,可以選1根與8051系統的中斷線相連,其它7根線均浮空,所選線在EEPROM 93C46中指定。

EEPROM 93C46是一個采用4線SPI串行接口的電可擦除存儲器,容量為64×16位(即128個字節),主要保存DM9008的配置信息,如網絡硬件地址、I/O基地址、中斷線選擇等配置寄存器內容,在DM9008復位后讀取93C46的內容并設置內部配置寄存器的值。如果93C46中內容不正確,DM9008就無法正常工作。所以通常先通過編程器把配置數據寫入93C46,再把它焊在電路板上。DM9008通過EECS、EEDI、EEDO、EECK與93C46相連。

由于本設計只使用10BASE-T,即采用無屏蔽雙絞線的RJ45接口,而DM9008已內置了10BASE-T的收發器,故接口部分電路比較簡單,只需要外接1個隔離濾波器LAN7236即可。TPTX+、TPTX-為發送線,TPRX+、TPRX-為接收線,經隔離后的4根線與RJ45接口相連。

對于其它型號的單片機,如16位單片機80C196KC等,其接口電路只需稍作修改即可改為16位數據總線方式。

3 軟件設計

DM9008的編程包括初始化、發送、接收三部分功能。在接收和發送數據以前要進行必需的檢測和初始化。DM9008的初始化主要是設置所需的寄存器狀態,建立網絡接口收發的條件。

網絡接口通過2個DMA操作來完成數據的接收和發送。本地DMA完成DM9008與其內部FIFO隊列之間的數據傳送,遠程DMA完成DM9008與CPU之間的數據傳送。