基于CP2200的嵌入式以太網(wǎng)接口設(shè)計(jì)

　　本文使用通用型單片機(jī)C8051F020、以太網(wǎng)控制CP2200和經(jīng)過自行裁剪的TCP/IP協(xié)議棧，構(gòu)成了嵌入式系統(tǒng)的以太網(wǎng)接口。

　　1. 微控制器C8051F020

　　C8051F020[2]是美國(guó)Silabs公司推出的C8051F系列單片機(jī)中的通用型單片機(jī)。C8051系列是片上系統(tǒng)（SOC）單片機(jī)。片上系統(tǒng)（SOC）是把計(jì)算機(jī)常用的一些數(shù)字和模擬外設(shè)等全部都做在一塊芯片上，使它成為一個(gè)完整的模擬數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，這使得以8051為內(nèi)核的單片機(jī)上了一個(gè)新的臺(tái)階。

　　C8051F020是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)MCU芯片，100腳TQFP（Thin Quad Flat Packeage）封裝，MCU可在工業(yè)溫度范圍(-45℃到+85℃)內(nèi)工作，具有高速、流水線結(jié)構(gòu),與8051的微控制器內(nèi)核CIP-51兼容。

　　2. 以太網(wǎng)控制器CP2200【1】

　　CP2200是Silabs（Silicon Laboratories）公司于近期推出的一款針對(duì)工業(yè)控制領(lǐng)域的以太網(wǎng)控制器，集成了IEEE 802.3以太網(wǎng)媒體訪問控制器（MAC）、10Base-T物理層（PHY）和8KB非易失性FLASH存儲(chǔ)器的單芯片以太網(wǎng)控制[1]器。8位并行總線接口支持Intel和Motorola總線方式，可以使用復(fù)用或非復(fù)用方式尋址。

　　CP2200有28腳QFN和48腳TQFP兩種封裝。28腳QFN封裝只支持復(fù)用方式尋址。有方式選擇引腳，用于選擇總線接口方式。

　　CP2200有8KB片內(nèi)FLASH存儲(chǔ)器，可用于存儲(chǔ)用戶常數(shù)、Web服務(wù)器內(nèi)容或作為通用非易失性存儲(chǔ)器。FLASH存儲(chǔ)器的最后6個(gè)存儲(chǔ)單元是工廠預(yù)編程的唯一48位MAC地址，這樣可以從大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)的生產(chǎn)過程中消除必不可少的序列化步驟。

　　CP2200完全兼容100/1000 BASE-T網(wǎng)絡(luò)，可以工作在全雙工或半雙工模式，自適應(yīng)，能進(jìn)行自動(dòng)極性檢測(cè)和糾正，具有碰撞自動(dòng)重發(fā)功能，能自動(dòng)填充和生成CRC，支持廣播和多播MAC尋址。工作的溫度范圍在-40°C到+85°C 之間。

　　CP2200的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

　　圖1 CP2200的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　3. 以太網(wǎng)接口硬件設(shè)計(jì)

　　在嵌入式系統(tǒng)中，擴(kuò)展以太網(wǎng)接口，通常有下面兩種方法【3】：

　　1.以太網(wǎng)接口由不帶網(wǎng)絡(luò)接口控制器的嵌入式處理器和以太網(wǎng)接口芯片組成。以太網(wǎng)接口芯片和嵌入式處理器通過總線相連。此方法通用性強(qiáng)，不受處理器的限制，但由于處理器和網(wǎng)絡(luò)通過外部總線交換數(shù)據(jù)，速度慢。

　　2.選擇帶有以太網(wǎng)接口的嵌入式處理器。這種方法要求嵌入式處理器有通用的網(wǎng)絡(luò)接口控制器。處理器和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換通過內(nèi)部總線，速度快。

　　這里選用前一種方法來實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的以太網(wǎng)接口，其主要由C8051F020單片機(jī)和單芯片以太網(wǎng)控制器CP2200構(gòu)成，如圖2所示,單片機(jī)控制數(shù)據(jù)采集和傳輸，以太網(wǎng)控制器CP2200負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)發(fā)送到因特網(wǎng)或從網(wǎng)絡(luò)上接收數(shù)據(jù)包。

　　本以太網(wǎng)接口單元是中國(guó)民航總局科技基金項(xiàng)目“機(jī)場(chǎng)噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)傳輸?shù)难芯颗c實(shí)現(xiàn)”中Internet接入設(shè)備的重要組成部分。Internet接入設(shè)備的主要功能是將噪聲數(shù)據(jù)傳送到Internet局域網(wǎng)上。單片機(jī)將從現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)，通過以太網(wǎng)控制器芯片發(fā)送到Internet上，以太網(wǎng)服務(wù)器端接收該數(shù)據(jù)包.服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)的流向與之相反，來自服務(wù)器的以太網(wǎng)幀數(shù)據(jù)，通過RJ45接口送到以太網(wǎng)控制器，處理后的數(shù)據(jù)包再送入單片機(jī)協(xié)議棧。

　　圖2 以太網(wǎng)接口結(jié)構(gòu)框圖

　　這里使用的是48引腳的CP2200，這樣可以不用工作在復(fù)用模式。單片機(jī)C8051F020與以太網(wǎng)控制器CP2200采用并口相連接，CP2200有一個(gè)8位的并行主機(jī)接口用于訪問該設(shè)備上的直接寄存器。串行口代表數(shù)據(jù)采集，CP2200通過RJ45接口接入Internet網(wǎng)。