TMS320LF2407與LAN91C111型嵌入式以太網(wǎng)接口電路的實(shí)現(xiàn)

嵌入式以太網(wǎng)不僅可用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)上網(wǎng)功能，而且還可以用于信息家電的以太網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，具有很好的發(fā)展前景。文章介紹基于TMS320LF2407型DSP的嵌入式系統(tǒng)與LAN91C111型自適應(yīng)10Mb/s/100Mb/s嵌入式以太網(wǎng)控制的接口電路及軟硬件實(shí)現(xiàn)方法。

　　1 引言

　　目前關(guān)于嵌入式以太網(wǎng)的設(shè)計(jì)方案不是很多，其中大多是基于單片機(jī)的，缺點(diǎn)是速度慢、成本太高。DSP作為一種特殊的嵌入式微處理器系統(tǒng)，具有嵌入的協(xié)處理器和用于快速數(shù)據(jù)處理的并行數(shù)據(jù)通道，在嵌入式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中引入DSP技術(shù)可以使嵌入式以太網(wǎng)變得更快、更便宜、更容易進(jìn)行功能擴(kuò)充。本文介紹了基于TMS320LF2407型的嵌入式系統(tǒng)與LAN91C111型自適應(yīng)10Mb/s/100Mb/s嵌入式以太網(wǎng)控制芯片的接口電路和實(shí)現(xiàn)方法。

　　2 LAN91C111

　　LAN91C111是SMSC公司為嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)推出的第三代快速以太網(wǎng)控制器。LAN91C111的芯片上集成了遵循SMSC/CD協(xié)議的MAC(媒體層)和PHY(物理層)，符合IEEE802.3/802.U-100Base-Tx/10Base-T規(guī)范，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。該以太網(wǎng)控制器的主要功能如下：

　　·自適應(yīng)地選傳輸速率，支持10Mb/s/100Mb/s;

　　·充分支持全雙工交換式以太網(wǎng);

　　·支持突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸;

　　·8k字節(jié)的內(nèi)部存儲(chǔ)器用作接收發(fā)送的FIFO緩存;

　　·增強(qiáng)式能量管理功能;

　　·支持總線(xiàn)8位、16位、32位的CPU訪(fǎng)問(wèn);

　　·提前發(fā)送和接收。

　　LAN91C111以太網(wǎng)控制器遵循IEEE頒布的802.3以太網(wǎng)傳輸協(xié)議。其8-32位數(shù)據(jù)總線(xiàn)接口單元通過(guò)控制總線(xiàn)、地址總線(xiàn)和數(shù)據(jù)總線(xiàn)與外部的CPU相連。外部數(shù)據(jù)可以8位、16位或32位的方式與LAN91C111進(jìn)行交換。該電路還集成了EEPROM接口，自舉時(shí)再通過(guò)EEOROM接口輸入到芯片中，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)初始化。總線(xiàn)仲裁器(Arbiter)用來(lái)監(jiān)視以太網(wǎng)總線(xiàn)的數(shù)據(jù)交流情況，一旦發(fā)生阻塞，仲裁器一方面通過(guò)總線(xiàn)接口單元與外部CPU聯(lián)系，另一方面控制內(nèi)存控制單元(MMU)，實(shí)現(xiàn)總線(xiàn)數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)。內(nèi)存控制單元可控制8kB動(dòng)態(tài)SRAM的存儲(chǔ)情況，實(shí)現(xiàn)與DMA控制器之間的數(shù)據(jù)聯(lián)絡(luò)。DMA控制器與總線(xiàn)控制器一起控制DMA與以太網(wǎng)協(xié)議處理器(EPH)之間的數(shù)據(jù)交換。以太網(wǎng)協(xié)議處理器(EPH)之間的數(shù)據(jù)交換。以太網(wǎng)協(xié)議處理器出來(lái)的數(shù)量最終經(jīng)過(guò)10Mb/s/100Mb/s的物理層(PHY)直接到達(dá)以太網(wǎng)總線(xiàn)。

　　3 硬件電路組成

　　出于性?xún)r(jià)比的考慮，選用DSP控制器作為主CPU。TMS320LF2407是TI公司發(fā)布的一款高性?xún)r(jià)比的，適用于工業(yè)控制領(lǐng)域的DSP。該系列具有強(qiáng)大的指令系統(tǒng)、較強(qiáng)的靈活性、高速的數(shù)學(xué)處理功能及全新的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可廣泛用于通信、計(jì)算機(jī)、商業(yè)、工業(yè)、軍事等領(lǐng)域。TMS320LF2407是240X系列控制器中功能最強(qiáng)的一款，采用低功耗CMOS技術(shù)，具有30MI/s的執(zhí)行速率，片上還集成了豐富的外圍部件(EVM、A/D模塊、CAN、SCI、SPI及JTAG)。TMS320LF2407的工作頻率較高(40MHz)，存貯空間較大(高達(dá)32k字的FLASH程序存儲(chǔ)器，可擴(kuò)展外部64k字存儲(chǔ)器，64k字I/O尋址空間)，非常適合處理復(fù)雜的TCP/IP協(xié)議。

　　由于LAN91C111是專(zhuān)為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，因此，其外圍電路相對(duì)比較簡(jiǎn)單。它和沒(méi)有DMA傳輸性能的16位DSP(TMS320LF2407)及TG110-S050N2型電磁耦合變壓器構(gòu)成的嵌入式以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖中，地址總線(xiàn)A1-A15相連。A0沒(méi)有被LAN91C111使用，懸空;數(shù)據(jù)總線(xiàn)D0-D15相連，用于16位數(shù)據(jù)傳輸。LAN91C111端D16-D32懸空;LAN91C111的片選信號(hào)AEN由DSP的外部I/O接口選通信號(hào)IS提供。二個(gè)元件的讀電平RD、寫(xiě)電平WR分別相連。LAN91C111的中斷輸出信號(hào)INTRO送入DSP的外部中斷腳XINT1觸發(fā)中斷。嵌入式以太網(wǎng)通信模塊的電路原理如圖3所示。