基于W5100的DSP快速網(wǎng)絡接入解決方案

現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集領域中，越來越多的現(xiàn)場采集設備需要擴展網(wǎng)絡功能以實現(xiàn)遠程控制和數(shù)據(jù)傳輸。以太網(wǎng)以其低成本，易于集成，傳輸距離遠的優(yōu)勢使其得到了廣泛應用。
傳統(tǒng)的以太網(wǎng)解決方案，往往采用主控CPU連接物理層接口芯片，在主控器內(nèi)編寫以太網(wǎng)通信協(xié)議。這種方法需要編寫繁瑣的程序并且耗費大量的時間調試。由于網(wǎng)絡協(xié)議一般都比較大，寫入軟件后穩(wěn)定性欠佳，不利于系統(tǒng)的快速開發(fā)與穩(wěn)定運行，而且客戶時常會有新的需求。這種用軟件實現(xiàn)的方式很難滿足頻繁更新升級的要求。因此，一種方式就是將網(wǎng)絡協(xié)議的處理獨立于系統(tǒng)處理器之外，讓應用程序與資料的輸入／輸小分別執(zhí)行于不同的硬件，來適應多方而的條件。它將網(wǎng)絡協(xié)議的處理分成一個由特定處理器執(zhí)行的控制部分和一個硬件線路部分，這種方式的優(yōu)點是具有較短的開發(fā)周期與較高的彈性，而且能夠增加穩(wěn)定性并有效降低主CPU負擔，模塊化的沒計也便于以后系統(tǒng)的升級。
北京博控自動化有限公司推出的高速硬件以太網(wǎng)協(xié)議芯片W51O0，很好的解決了上述問題。它本身集成了高度成熟的TCP／IP協(xié)議棧、以太網(wǎng)MAC層、PHY層等，支持TCP、UDP、IPv4、ICMP、ARP、IGMP和PPPoE等協(xié)議，這些協(xié)議已經(jīng)在很多領域經(jīng)過了多年的驗證。它支持4個獨立的Socket通信，內(nèi)部16 KB的發(fā)送／接收緩沖區(qū)可快速進行數(shù)據(jù)交換，最大有效通信速率可達25 Mbps。使用W5100不需要考慮以太網(wǎng)的控制，只需要進行簡單的端口(socket)編程，像訪問外部存儲器一樣簡單。它提供兩種并行總線接口(直接總線與間接總線)以及串行SPI接口。W5100大大減少了硬件接口設計和網(wǎng)絡編程的工作量，并且可以實現(xiàn)可靠穩(wěn)定運行的遠程數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，可廣泛應用于各種安全檢測、電力系統(tǒng)的測量監(jiān)控音視頻傳輸、遠程信息傳輸?shù)阮I域。圖1為W5100的系統(tǒng)構架圖。

例如，將以太網(wǎng)技術引入以DSP為核心的嵌入式系統(tǒng)，使DSP芯片具備網(wǎng)絡連接功能，PC就通過網(wǎng)卡與DSP嵌入式模塊進行大量數(shù)據(jù)交換并對其進行控制。
下面給出了一種TMS320F2812(簡稱F2812)和W5100相結合的嵌入式網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，應用程序由DSP來執(zhí)行，而網(wǎng)絡協(xié)議的處理與數(shù)據(jù)的傳輸則由W5100來實現(xiàn)。在進行系統(tǒng)設計時不必考慮網(wǎng)絡協(xié)議的細節(jié)，只需要解釋并執(zhí)行網(wǎng)絡芯片傳送過來的指令和數(shù)據(jù)就可以實現(xiàn)與Internet網(wǎng)絡連接，且不需要操作系統(tǒng)的支持，具有接口電路簡單，編程方便等特點。系統(tǒng)框圖如圖2所示。

從圖2中可以看出，需要檢測或傳輸?shù)男盘柡蛿?shù)據(jù)可以通過F2812豐富的外設接口直接輸入，并且可以根據(jù)實際需要由DSP芯片對其進行預處理工作，然后傳輸至W5100芯片，完成網(wǎng)絡協(xié)議的處理，再通過自帶變壓器的RJ45網(wǎng)口傳至PC機。同理，由PC機發(fā)出的控制指令或是傳出的數(shù)據(jù)，也可反方向地傳輸至DSP的信號和數(shù)據(jù)輸出端，實現(xiàn)了DSP嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡化數(shù)據(jù)采集與傳輸。JTAG接口用來根據(jù)具體要求燒寫程序到DSP內(nèi)部的Flash，外擴RAM用于處理傳輸過程中的數(shù)據(jù)，SD存儲卡用于存儲數(shù)據(jù)，它們使得數(shù)據(jù)的處理變得更加靈活。網(wǎng)絡傳輸狀態(tài)指示燈反映了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r狀態(tài)。