基于DM9000A的DSP以太網(wǎng)接口設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

DSP(Digital Signal Processor)是一種獨(dú)特的微處理器，是以數(shù)字信號(hào)來(lái)處理大量信息的器件。它強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度，是最值得稱道的兩大特色。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，在工業(yè)控制、智能儀器、智能家庭等領(lǐng)域，越來(lái)越多的DSP設(shè)備要求具有以太網(wǎng)通信功能，以便與外部網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。以太網(wǎng)控制芯片是以太網(wǎng)接口的核心器件，其性能是影響網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵因素之一，如何正確使用網(wǎng)絡(luò)控制器是設(shè)計(jì)以太網(wǎng)接口的關(guān)鍵。本文采用處理器+以太網(wǎng)控制芯片+TCP/IP協(xié)議的DSP以太網(wǎng)接入方式，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于DSP的精簡(jiǎn)TCP /IP協(xié)議棧，并固化在DSP內(nèi)，無(wú)需操作系統(tǒng)也可運(yùn)行。

1 總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)使用32位DSP處理器TMS320F28335和以太網(wǎng)控制芯片DM9000A為核心，DSP控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，DM9000A實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牡讓庸δ?。并?duì)TCP/IP協(xié)議棧自行裁剪，構(gòu)成了DSP的以太網(wǎng)接口，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)通信。其系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 DM9000A功能結(jié)構(gòu)

DM9000A是DAVICOM公司推出的一款高度集成、低成本的快速以太網(wǎng)控制器，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)媒體介質(zhì)訪問(wèn)層(MAC)和物理層(PHY)的功能。該芯片具有通用的處理器接口，片內(nèi)集成了10/100M自適應(yīng)的PHY，內(nèi)部含有16 KB SRAM用于接收/發(fā)送的FIFO緩存，3.3 V供電，并且支持IEEE 802.3以太網(wǎng)傳輸和8/16接口的兩種主機(jī)工作模式協(xié)議。功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.2 接口電路的連接

接口電路主要由DSP、以太網(wǎng)控制芯片DM9000A、隔離變壓器和RJ-45構(gòu)成。DSP控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，DM9000A實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的底層傳輸。隔離變壓器的主要作用：其一，可以增強(qiáng)信號(hào)，使其傳輸距離更遠(yuǎn);其二，使芯片端與外部隔離，增強(qiáng)抗干擾能力，并對(duì)芯片端起保護(hù)作用;其三，當(dāng)接到不同電平(如有的PHY芯片是2.5 V，有的PHY芯片是3.3 V)的網(wǎng)口時(shí)，不會(huì)對(duì)彼此設(shè)備造成影響。RJ-45接口可用于連接RJ-45接頭，適用于由雙絞線構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)，這種是最常見(jiàn)的以太網(wǎng)接口。DM9000A采用16位接口模式，數(shù)據(jù)地址復(fù)用總線D0～D15與DSP總線XD0～XD15相連;DM9000A的寫(xiě)信號(hào)引腳與DSP的XWE0n相連;讀信號(hào)引腳與DSP的讀引腳相連;DM9000A的片選信號(hào)引腳與DSP的CS0n相連;DM9000A的訪問(wèn)類型引腳CMD與DSP的普通I/O口GPIO61相連，高電平訪問(wèn)DM9000A的數(shù)據(jù)端口，低電平訪問(wèn)地址端口;DM9000A的復(fù)位引腳與DSP的GPIO 60相連;DM9000A的物理層接口TX+，TX-，RX+，RX-通過(guò)隔離變壓器連接RJ-45至以太網(wǎng)。其以太網(wǎng)接口硬件連接如圖3所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)接口的軟件主要有DM9000A驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)和上層通信協(xié)議程序設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。DM9000A驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)主要是通過(guò)TMS320F28335控制總線配置DM9000A內(nèi)部寄存器，完成對(duì)DM9000A初始化、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的發(fā)送和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的接收三部分。上層通信協(xié)議程序設(shè)計(jì)是對(duì)TCP/IP棧裁剪移植，主要完成對(duì)接收到的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行解析并處理，并把要發(fā)送的數(shù)據(jù)封裝成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)，然后發(fā)送。

3.1 DM9000A驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

3.1.1 DM9000A初始化

DM9000A正常工作需要在上電后對(duì)內(nèi)部寄存器進(jìn)行初始化，具體流程如下：

(1)啟動(dòng)PHY。設(shè)置通用寄存器GPR(1FH)的GEPIO0=0。

(2)進(jìn)行兩次軟啟動(dòng)。設(shè)置網(wǎng)絡(luò)控制寄存器NCR(00H)的RST=1，10μs后RST=0，同樣的操作進(jìn)行兩次。

(3)選擇網(wǎng)絡(luò)模式。設(shè)置NCR的LBK=00，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)工作模式為正常模式。

(4)清除發(fā)送標(biāo)志。設(shè)置網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)寄存器NSR(01H)WAKEST=1，TX2END=1，TX1END=1。

(5)寫(xiě)6 B的以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)地址到物理地址寄存器PAR(10H～15H)中。

(6)設(shè)置中斷屏蔽寄存器IMR(FFH)的PAR=1，使能指針自動(dòng)跳回，當(dāng)SRAM讀/寫(xiě)指針超過(guò)SRAM的大小時(shí)，指針自動(dòng)跳回起始位置;PRI=1，使能數(shù)據(jù)包接收中斷。

(7)設(shè)置接收控制寄存器RCR(05H)的WTDIS=1，看門(mén)狗定時(shí)禁止;DSI_LONG=1，丟棄長(zhǎng)數(shù)據(jù)包;DIS_CRC=1丟棄CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)包;RXEN=1，使能接收功能。