本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 20 屆） 題 目 基于 線(xiàn)數(shù)據(jù)基站的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 學(xué) 院 電子信息學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 電子信息工程 姓 名 陳潔 班 級(jí) 09091813 學(xué) 號(hào) 09918307 指導(dǎo)教師 周磊 完成日期 20 年 3 月 誠(chéng) 信 承 諾 我謹(jǐn)在此承諾：本人所寫(xiě)的畢業(yè)論文基于 線(xiàn)數(shù)據(jù)基站的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)均系本人獨(dú)立完成，沒(méi)有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點(diǎn)和材料，均作了注釋?zhuān)粲胁粚?shí)，后果由本人承擔(dān)。 承諾人（簽名）： 年 月 日 摘 要 隨著人們的生活及其生產(chǎn)水平的不斷提高，對(duì)生活中各種數(shù)據(jù)接收的速度和準(zhǔn)確度的要求就顯得尤為重要，無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)控制就是一個(gè)典型的例子，因此無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)基站就是現(xiàn)代生產(chǎn)生活中應(yīng)運(yùn)而生的一種智能、快捷、方便可靠的檢測(cè)系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)通過(guò) 制無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊從無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)，進(jìn)行相關(guān)處理后 通過(guò)以太網(wǎng)把數(shù)據(jù)發(fā)送至應(yīng)用服務(wù)器。系統(tǒng)的用戶(hù)統(tǒng)用戶(hù)通過(guò) 絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)應(yīng)用服務(wù)器，其中本設(shè)計(jì)起到網(wǎng)橋和防火墻的作用。其中本設(shè)計(jì)中采用的以太網(wǎng)控制器為 片。 本設(shè)計(jì)軟件部分的主要工作是在硬件平臺(tái)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn) P 協(xié)議棧，由于P 協(xié)議棧較復(fù)雜，功能實(shí)現(xiàn)比較困難，一般選擇成熟的 P 協(xié)議棧進(jìn)行移植，此次選擇開(kāi)源并且較成熟的 太網(wǎng)協(xié)議棧。 關(guān)鍵詞： 以太網(wǎng) P 協(xié)議棧 of s is is a is a to to a of in of is in on IP IP is to IP P 目 錄 1 引言 . 1 2 概述 . 2 課題研究的背景 . 2 國(guó)內(nèi)外 制以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) . 3 研發(fā)方向和技術(shù)關(guān)鍵 . 4 主要技術(shù)指標(biāo) . 4 3 總體設(shè)計(jì) . 5 系統(tǒng)方案選擇與論證 . 5 系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu) . 6 本章小結(jié) . 7 4 硬件設(shè)計(jì) . 9 主控芯片 . 9 口通訊 . 12 法介紹 . 16 本章小結(jié) . 20 5 以太網(wǎng)協(xié)議 . 21 P 協(xié)議 . 21 嵌入式 P 協(xié)議棧 . 22 6 軟件設(shè)計(jì) . 26 主程序設(shè)計(jì) . 26 系統(tǒng)初始化子程序 . 27 訊子程序 . 28 網(wǎng) 口通訊子程序 . 28 本章小結(jié) . 29 7 結(jié)論 . 30 致謝 . 31 參考文獻(xiàn) . 32 附錄 . 33 - 1 - 1 引言 隨著人們的生活及其生產(chǎn)水平的不斷提高，對(duì)生活中各種數(shù)據(jù)接收的速度和準(zhǔn)確度的要求就顯得尤為重要，無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)控制就是一個(gè)典型的例子，因此無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)基站就是現(xiàn)代生產(chǎn)生活中應(yīng)運(yùn)而生的一種智能、快捷、方便可靠的檢測(cè)系統(tǒng)。 目前，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)按照通訊距離的不同分為 較主流的無(wú)線(xiàn)技術(shù)有藍(lán)牙、 3G、 其中 用最為廣泛，其運(yùn)用主要在 域。 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)推動(dòng)了數(shù)據(jù)通信進(jìn)入了新的里程碑，讓辦公、工作、學(xué)習(xí)不再受 “ 線(xiàn) ”制。方便實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)辦公，組建臨時(shí)工作組，召開(kāi)緊急會(huì)議等不在需要復(fù)雜的布線(xiàn)拆線(xiàn)，無(wú)線(xiàn)覆蓋區(qū)域直接可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)進(jìn)行通信。校園環(huán)境等，可以讓師生在任何環(huán)境，可以在廣場(chǎng)、在草坪、在體育場(chǎng)地等任意位置連接上 著無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)在各個(gè)領(lǐng)域的成功案例及人們對(duì)它的關(guān)注程度，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)定是未來(lái)通信的發(fā)展方向，也定能在各領(lǐng)域中得到很好的應(yīng)用 。 本設(shè)計(jì)通過(guò) 制無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊從無(wú)線(xiàn) 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)，進(jìn)行相關(guān)處理后 通過(guò)以太網(wǎng)把數(shù)據(jù)發(fā)送至應(yīng)用服務(wù)器。系統(tǒng)的用戶(hù)統(tǒng)用戶(hù)通過(guò) 絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)應(yīng)用服務(wù)器，其中本設(shè)計(jì)起到網(wǎng)橋和防火墻的作用。其中本設(shè)計(jì)中采用的以太網(wǎng)控制器為 片。 - 2 - 2 概述 課題研究的背景 近幾年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，計(jì)算機(jī)科技的快速發(fā)展，特別是互聯(lián)網(wǎng)的快速普及，互聯(lián)網(wǎng)在人類(lèi)活動(dòng)中也越來(lái)越緊密聯(lián)系，尤其是對(duì)于工業(yè)控制和信息電器領(lǐng)域中同樣有著越來(lái)越重要的應(yīng)用。同時(shí)計(jì)算機(jī)，通訊，消費(fèi)電子三合一的快速發(fā)展，數(shù)字化時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。而 嵌入式接入設(shè)備是數(shù)字化時(shí)代的一大主流標(biāo)志，形態(tài)各異的計(jì)算機(jī)，通訊，消費(fèi)電子三合一產(chǎn)品也將是網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備的一大主流。因?yàn)?且成本費(fèi)用較高，可靠性和期望值也有一定的距離，所以這種方案并沒(méi)有被廣泛的接受和使用。由于嵌入式設(shè)備具有低成本高性能的特點(diǎn)，而現(xiàn)今對(duì)嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究和嵌入式技術(shù)也都進(jìn)入到了一個(gè)成熟的階段，將嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)非網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)控制，那么世界可能就是另一番景象。 因特網(wǎng)技術(shù)的成熟，使得網(wǎng)上提供的信息 更加豐富，應(yīng)用項(xiàng)目也更加多樣，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求也越來(lái)越廣泛，利用 傳統(tǒng)的電器，電冰箱，微波爐，電視，空調(diào)等，這類(lèi)電子設(shè)備的功能也不在單一，電器結(jié)構(gòu)也更為復(fù)雜，也逐步開(kāi)始應(yīng)用嵌入式網(wǎng)絡(luò)接入，使用戶(hù)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)就能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，信息通訊。同樣，互聯(lián)網(wǎng)在全球范圍內(nèi)的連通性，那些能夠連接因特網(wǎng)的設(shè)備也成為人們選擇產(chǎn)品中考慮的一大問(wèn)題，通過(guò) 一些小型輕便的設(shè)備，比如一些醫(yī)學(xué)儀器 上的身體上使用的傳感器，體積小而且便宜，內(nèi)存小，運(yùn)算能力有限，因此必須在資源受限的情況下實(shí)現(xiàn) 底層到最高層分別是物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，網(wǎng)絡(luò)層，傳輸層，和最高層的應(yīng)用層。物理層和數(shù)據(jù)鏈路層是 求提供給上層一個(gè)訪(fǎng)問(wèn)接口，以便傳遞 絡(luò)層是第二層，也是整個(gè) 功能是把分組發(fā)往目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)或主機(jī)，源主機(jī)與目的主機(jī)可以在同一個(gè)網(wǎng)上，也可以在不同的網(wǎng)上。其中定義了分組格式和協(xié)議，即 來(lái)對(duì)分組進(jìn)行排序。 連接的數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)傳送服務(wù)的協(xié)議，提供的只是一種盡力而為的服務(wù)。傳輸層是第三層，負(fù)責(zé)在應(yīng)用進(jìn)程中的端到端之間的通信。傳輸層定義了兩種服務(wù)質(zhì)量不同的協(xié)議， 許將源主機(jī)的字節(jié)數(shù)據(jù)流無(wú)差別的傳送到目的主機(jī)。 - 3 - 同時(shí)能夠完成流量的控制功能，協(xié)調(diào)收發(fā)主機(jī)之間的發(fā)送和接受速度，從而控制正確的傳輸。應(yīng)用層是最高層，其中也包括了很多協(xié)議：文件傳送協(xié)議，簡(jiǎn)單郵件傳送協(xié)議，簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，超文本傳送協(xié)議等。 無(wú)操作系統(tǒng)都可以運(yùn)行，其實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)是在保持 般只需要幾百字節(jié)的 0使得 供專(zhuān)門(mén)的內(nèi)部回調(diào)接口 樣可以提高應(yīng)用程序性能。 像 使用的操作系統(tǒng)通常不能在內(nèi)核與應(yīng)用層進(jìn)程之間維持一個(gè)嚴(yán)格的保護(hù)屏障。 這里允許使用一種比較寬松的通許機(jī)制，通過(guò)共享內(nèi)存的方式實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層與底層協(xié)議族之間的通訊。應(yīng)用層可以知道底層協(xié)議使用的緩沖處理機(jī)制，這使得應(yīng)用層可以有效的重復(fù)使用緩沖區(qū)。同樣，應(yīng)用層與網(wǎng)絡(luò)代碼使用的是相同的內(nèi)存區(qū)，那么應(yīng)用層就可以直接讀寫(xiě)內(nèi)部緩沖區(qū)。 國(guó)內(nèi)外 制以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 中國(guó)的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)走過(guò)了二十多年的歷程，有超過(guò)數(shù)十萬(wàn)名從事開(kāi)發(fā)應(yīng)用的工程師，但大多數(shù)以上是幾個(gè)人的小組以孤軍奮戰(zhàn)的封閉方式開(kāi)發(fā)幾乎不可重用的軟件。今天面對(duì)的是嵌入式系統(tǒng)工業(yè)化的潮流，如果不能認(rèn)識(shí)到嵌入式 軟件必須以工業(yè)化的方式生產(chǎn)開(kāi)發(fā)，不理解在短時(shí)間內(nèi)裝配集成“數(shù)百人 /年”的嵌入式產(chǎn)品，那么將失去更多的上游產(chǎn)品的市場(chǎng)機(jī)遇。 嵌入式軟件方面逐漸形成了系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件的架構(gòu)。國(guó)際上用于信息電器的嵌入式操作系統(tǒng)有 40 種左右。其中，國(guó)外涌現(xiàn)了一些著名的嵌入式操作系統(tǒng)，如 :中 目前嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中使用最廣泛、市場(chǎng)占有率最高的系統(tǒng)：一種 32 位的多任務(wù)操作系統(tǒng)，可以移植，能夠開(kāi)發(fā)多 種企業(yè)和客戶(hù)類(lèi)設(shè)備，是微軟公司的“維納斯計(jì)劃”的核心： 3司的 場(chǎng)上占有很大的市場(chǎng)份額，它有開(kāi)放的操作系統(tǒng)應(yīng)用程序接口 (開(kāi)發(fā)商可以根據(jù)需要自行開(kāi)發(fā)所需要的應(yīng)用程序。 國(guó)內(nèi)外有大量嵌入式應(yīng)用軟件已廣泛用于各類(lèi)嵌入式系統(tǒng)中。大有國(guó)內(nèi)緊跟國(guó)外趨勢(shì)的形勢(shì)。但是對(duì)于嵌入式 務(wù)器方面的研究國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀不容樂(lè)觀，目前國(guó)外的相關(guān)研究相對(duì)多些。如林 C/究項(xiàng)目，它是一個(gè)為微控制器和嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的小型 P 協(xié)議棧：又如 司的 P，它是為 8位或 16 位微處理器而設(shè)計(jì)的，支持大部分的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，連接方式有以太網(wǎng)連接、撥號(hào)連接和直接連接方式。而國(guó)內(nèi)也相應(yīng)提出了 議標(biāo)準(zhǔn)，但是相對(duì)滯后， - 4 - 缺少具體的工程實(shí)現(xiàn)方面的研究和具體產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。 美國(guó) 司開(kāi)發(fā)的 統(tǒng)開(kāi)發(fā)最早，技術(shù)也較成熟，應(yīng)用也很廣泛，但由于 作系統(tǒng)只能在 司的 列和 列服務(wù)器上運(yùn)行， 應(yīng)用受到很大限制。 司開(kāi)發(fā)的高可用性集群系統(tǒng) 供了分布式集群系統(tǒng)的解決方案，通過(guò)將物理上分離的多個(gè)集群連接在一起使多 個(gè)同構(gòu)或異構(gòu)的計(jì)算機(jī)能夠通過(guò)局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)共享計(jì)算資源，并能夠?yàn)橛脩?hù)提供對(duì)資源的透明訪(fǎng)問(wèn)。 國(guó)內(nèi)也有不少公司進(jìn)行了集群系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)工作。 聯(lián)想公司在 1999 年 9 月推出了用于分布式高性能計(jì)算的 性能集群服務(wù)，該系統(tǒng)是一個(gè)四節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)，主要基于聯(lián)想萬(wàn)全 45008 服務(wù)器，以總體成本相對(duì)較低的設(shè)備組合，足以替代傳統(tǒng)班 型機(jī)和中型機(jī)的工作，而價(jià)格僅為市場(chǎng)上同等性能小型機(jī)的 1/20。 朗 訊 公 司 也 推 出 了 類(lèi) 似 于 高 可 用 性 集 群 系 統(tǒng) 從國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀看，目前集群系統(tǒng)的應(yīng)用大都致力于高可用性問(wèn)題的解決，真正基于負(fù)載均衡的集群系統(tǒng)還比較少，而且在大部分負(fù)載均衡集群中采用的都是輪轉(zhuǎn)調(diào)度、加權(quán)輪轉(zhuǎn)調(diào)度等靜態(tài)調(diào)度算法。 研發(fā)方向和技術(shù)關(guān)鍵 （ 1）合理設(shè)計(jì)硬件電路，使各模塊功能協(xié)調(diào)； （ 2） 控制； （ 3） 串口模塊的控制 ； （ 4） P 協(xié)議棧的開(kāi)發(fā) ； 主要技術(shù)指標(biāo) （ 1）合理設(shè)計(jì)硬件電路，使各模塊功能協(xié)調(diào) （ 2） 以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的處理和傳輸。 （ 3）對(duì) 控制的數(shù)據(jù)的傳輸 - 5 - 3 總體設(shè)計(jì) 統(tǒng)方案選擇與論證 總體設(shè)計(jì)思路，分為三部分，無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)采集部分，網(wǎng)絡(luò)控制部分，控制部分。并利用 用 以處理和傳遞下系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)。 設(shè)計(jì)模塊圖如圖 示。 圖 整體模塊圖 制部分 方案 在本次設(shè)計(jì)中，單片機(jī)是系統(tǒng)的控制核心，所以單片機(jī)的性能關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的好壞。因此單片機(jī)的選擇，對(duì)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)以及功能的擴(kuò)展有著很大的影響。單片機(jī)種類(lèi) 很多， 列基于專(zhuān)為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的 核。按性能分成兩個(gè)不同的系列：強(qiáng)型 ”系列和 本型 ”系列。增強(qiáng)型系列時(shí)鐘頻率達(dá)到72同類(lèi)產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品；基本型時(shí)鐘頻率為 36 16 位產(chǎn)品的價(jià)格得到比 16 位產(chǎn)品大幅提升的性能，是 16 位產(chǎn)品用戶(hù)的最佳選擇。兩個(gè)系列都內(nèi)置 32K 到 128K 的閃 存，不同的是 最大容量和外設(shè)接口的組合。時(shí)鐘頻率 72，從閃存執(zhí)行代碼， 耗 36 32 位市場(chǎng)上功耗最低的產(chǎn)品，相當(dāng)于 因此，在本次設(shè)計(jì)中選用了 片機(jī)作為主控芯片。 線(xiàn) 數(shù)據(jù)采集部分方案 本設(shè)計(jì)有單片機(jī)控制無(wú)線(xiàn)模塊，接收從無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，并經(jīng)過(guò)單片機(jī)進(jìn)行處理，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制部分傳送給 收。 通過(guò) 線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)上傳至主通信節(jié)點(diǎn)，主通信節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理，通過(guò)以太網(wǎng)把數(shù)據(jù)發(fā)送至應(yīng)用服務(wù)器。 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信號(hào) 絡(luò)控制 服務(wù)器 - 6 - 絡(luò)控制部分 方 案 方案一： 采用基于 現(xiàn)以太網(wǎng)通訊。 由臺(tái)灣 司生產(chǎn)的 100裝 10太網(wǎng)控制器， 符 和 I 與 準(zhǔn) ，其應(yīng)用成熟廣泛，但是由于 方案需要在主控制器內(nèi)部編寫(xiě)以太網(wǎng)通訊協(xié)議、程序繁瑣、耗費(fèi)時(shí)間，不利于系統(tǒng)的快速開(kāi)發(fā)和穩(wěn)定運(yùn)行。且由于其封裝引腳太多，也不方便系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。 方案二： 采用基于 網(wǎng)絡(luò)控制器的以太網(wǎng)通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 一款完全集成的和符合成本效益單芯片快速以太采用較小工藝 10/100M 自適應(yīng)的以太網(wǎng)收發(fā)器。 準(zhǔn)數(shù)字接口連接到 ，支持 是目前常見(jiàn)的一款物理層收發(fā)器，由于全球的 成度不斷提高，由 衍生到現(xiàn)在的 以太網(wǎng)部分的成本，逐漸降低。 方案三： 采用基于 網(wǎng)絡(luò)控制器的設(shè)計(jì)。 帶有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)串行外設(shè) 口的獨(dú)立以太網(wǎng)控制器，具有28裝，符合 全部規(guī)范，采用了一系列包過(guò)濾機(jī)制以對(duì)傳入數(shù)據(jù)包進(jìn)行限制。他還提供了一個(gè)內(nèi)部 塊，以實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)吞吐和硬件支持的 驗(yàn)和計(jì)算。與主控制器的通信通過(guò)兩個(gè)中斷引腳和 現(xiàn)，傳輸數(shù)據(jù)速率高達(dá) 10Mb/s。兩個(gè)專(zhuān)用的引腳用于連接 行網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)狀態(tài)指示。雖然樣也沒(méi)有像 樣集成了了內(nèi)部硬件協(xié)議棧，但是由于其具有28裝，大大便于硬件設(shè)計(jì)和制版，符合我們這次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求。 綜上所述所述，方案二和方案三都適合作為本次設(shè)計(jì) 的網(wǎng)絡(luò)控制部分，由于條件所限我們選擇方案二。 系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)如圖 3示，整個(gè)程序是圍繞 片機(jī)設(shè)計(jì)的，軟件程序采用模塊化設(shè)計(jì)，更容易理解和調(diào)試。整個(gè)程序除主程序之外還有 5 個(gè)部分：系統(tǒng)初始化子程序、 訊子程序、網(wǎng)口通訊子程序、 I/O 數(shù)據(jù)采集子程序和 訊子程序。 - 7 - 主 程 序系統(tǒng)初始化子程序R S 23 2通訊子程序網(wǎng)口通訊子程序R S 48 5通訊子程序I / 0口數(shù)據(jù)采集子程序圖 3件結(jié)構(gòu)圖 主程序流程圖如圖 3示。系統(tǒng)運(yùn)行后進(jìn)入主程序，首先對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行初始化，而后再對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn) 行初始化，然后檢查網(wǎng)絡(luò)連接是否正常，連接正常則進(jìn)行周期運(yùn)行顯示，不正常則重新進(jìn)行連接。 系 統(tǒng) 硬 件 初 始 化開(kāi) 始系 統(tǒng) 網(wǎng) 絡(luò) 初 始 化周 期 運(yùn) 行 顯 示 更 新檢 查 網(wǎng)絡(luò) 連 接是 否 正常程序流程圖 章小結(jié) 本章主要講述了 本設(shè)計(jì) 的工作原理和本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的工作流程。在說(shuō)明工作原 - 8 - 理的過(guò)程中，突出了電路的組成單元以及這些單元如何實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù) 采集和 數(shù)據(jù)處理控制功能。在說(shuō)明系統(tǒng)流程時(shí)，結(jié)合本設(shè)計(jì)的內(nèi)容指出了參數(shù)設(shè)置的方法和意義 。 - 9 - 4 硬件設(shè)計(jì) 主控芯片 32 位 構(gòu)， 72行 頻率， 件除法和單周期乘法，并可快速可嵌套中斷， 612 個(gè)時(shí)鐘周期，有 64K256 及高達(dá) 64 外在網(wǎng)絡(luò)通信功能上，具有一個(gè) 絡(luò)接口，支持 10M/100M 自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，還有一個(gè) 線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊接口，一個(gè) 本開(kāi)發(fā)板上，添加了一些人機(jī)交互接口，一個(gè)大屏幕320*240,262144 色 持 口式 /總線(xiàn)接口，四個(gè) 光管，一個(gè)電源 示燈，另外一個(gè)標(biāo)準(zhǔn) 機(jī) 接口，一個(gè)五方向的輸入搖桿， 3個(gè) 鍵， 1 個(gè) 鍵，以及音頻級(jí)處理芯片， 能能，支持外接鼠標(biāo)和鍵盤(pán)。串行通信功能上，有兩個(gè) 接插座，其中一個(gè) 硬件流控制引腳，一個(gè) 座，兩個(gè) 接口。其中與以太網(wǎng)最重要的硬件是 質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制）及其專(zhuān)用的 用的 制器允許專(zhuān)用 描述符之間高速傳輸，其中一些地址過(guò)濾模式，對(duì)物理和組發(fā)送地址，以及 32 位狀態(tài)編碼，用于每個(gè)傳送和接受幀。內(nèi)部的 于緩存?zhèn)鬏敽徒邮軒?，傳?接受 是 2共 4物圖如圖 示： 圖 物圖圖 括以下特性： 1. 支持 10 和 100s 兩種速率 2. 專(zhuān)用 制器允許專(zhuān)用 描述符之間高速傳輸。 3. 標(biāo)記的 支持，支持 擬局域網(wǎng) ) 4. 半雙工和全雙工兩種操作模式，半雙工下采用 D（ 帶有檢測(cè)沖突的載波偵聽(tīng)多路存取 ） - 10 - 5. 支持 制子層，用于控制幀。 6. 32 位 生和清除。 7. 一些地址過(guò)濾模式，對(duì)物理和組播地址。 8. 32 位狀態(tài)編碼，用于每個(gè)傳 送和接受幀。 9. 內(nèi)部 于緩存?zhèn)鬏敽徒邮諑鬏?接收 是 2計(jì) 4 10. 支持硬件 確時(shí)間協(xié)議 )，時(shí)間戳比較器連接到 發(fā)輸入端。 當(dāng)系統(tǒng)時(shí)間比預(yù)定目標(biāo)時(shí)間大時(shí)，觸發(fā)中斷。 以太網(wǎng)功能描述 持兩種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的物理層接口，默認(rèn)的介質(zhì)無(wú)關(guān)接口 精簡(jiǎn)的介質(zhì)無(wú)關(guān)接口 以太網(wǎng)的外設(shè)由 一個(gè)專(zhuān)用的 制器，支持默認(rèn)的 口或者精簡(jiǎn) 口。 制器接口通過(guò) 從接口連接核和內(nèi)存， 接口控制數(shù)據(jù)傳輸當(dāng) 接口訪(fǎng)問(wèn)控制盒狀態(tài)寄存器空間。在 傳輸前，傳輸 系統(tǒng)內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)，類(lèi)似的，接受的 列從線(xiàn)上儲(chǔ)存以太網(wǎng)幀從而知道它們被 送到了系統(tǒng)內(nèi)存中。 以太網(wǎng)的外設(shè)還包括一個(gè) 于和外部的 信。配置寄存器允許用戶(hù)為 制器選擇想要的模式和特性。 圖 太網(wǎng)原理框圖 管理接口 管理接口）允許應(yīng)用程序通過(guò)一根時(shí)鐘數(shù)據(jù)線(xiàn)來(lái)讀取配置中任意一個(gè)物理寄存器，接口最多支持訪(fǎng)問(wèn)是 32 個(gè) 用 - 11 - 程序可以在 允許下選擇 32 個(gè) 的其中一個(gè)，再在 32 個(gè)寄存器中的任意一個(gè)來(lái)發(fā)送控制數(shù)據(jù)或者接受狀態(tài)信息。但是在給定的時(shí)間里，只能訪(fǎng)問(wèn)一個(gè) 的寄存器。 如圖 示，圖中微控制器執(zhí)行使 鐘線(xiàn)和 據(jù)線(xiàn)來(lái)為交替的功能 I/O 扣。 一個(gè)用于給數(shù)據(jù)傳輸提供時(shí)間參考的周期性時(shí)鐘，最大的頻率為 小的 高低時(shí)間是每次 160小 的周期是 400得注意的是，在不工作的情況下， 理接口驅(qū)動(dòng) 鐘信號(hào)為低，即為 0。而 數(shù)據(jù)輸入和輸出數(shù)據(jù)是要用 鐘信號(hào)來(lái)同步傳輸狀態(tài)信號(hào)給物理設(shè)備，或者從物理設(shè)備那得到狀態(tài)信號(hào)。 圖 理接口框圖 操作 當(dāng)應(yīng)用程序設(shè)置介質(zhì)無(wú)關(guān)接口 和忙位時(shí)， 過(guò)傳輸 地址，的寄存器地址以及寫(xiě)數(shù)據(jù)來(lái)啟動(dòng)一個(gè)寫(xiě)操作到 存器上。當(dāng)然，在傳輸過(guò)程中應(yīng)用程序不能改變 地址寄存 器中的內(nèi)存或者是 據(jù)寄存器。在這個(gè)寫(xiě)操作的時(shí)間里，任何對(duì) 址寄存器和 據(jù)寄存器的寫(xiě)操作都會(huì)被忽略（忙時(shí)位為高，即為 1），保證傳輸過(guò)程無(wú)差錯(cuò)完成。這個(gè)寫(xiě)操作完成之后，通過(guò)復(fù)位忙位，使得可以重新接受新的寫(xiě)操作。 圖 操作 讀操作 用戶(hù)設(shè)置以太網(wǎng) 地址寄存器中的 ， 零， 通過(guò)傳輸 址和 的寄存器的地址，然后在 存器中就啟動(dòng)一個(gè)讀操作。同樣的，在傳輸過(guò)程中應(yīng)用 程序不能改變 址寄存器- 12 - 中的內(nèi)容或者 據(jù)寄存器中的內(nèi)容。同時(shí)在讀操作過(guò)程中，對(duì) 址寄存器和 據(jù)寄存器的寫(xiě)操作也會(huì)被忽略（ 高，即為 1），保證傳輸過(guò)程不差錯(cuò)，能夠正確完成。讀操作完成后， 位 后用從 讀到的數(shù)據(jù)來(lái)更新 據(jù)寄存器。 圖 操作 口通訊 串口是相當(dāng)豐富的，功能也很強(qiáng)勁。最多可提供 5 路串口（ 用的是 有 3 個(gè)串口），有分?jǐn)?shù)波特率發(fā) 生器、支持單線(xiàn)光通信和半雙工單線(xiàn)通訊、支持 能卡協(xié)議和 串口 3 支持）、具有 。 圖 85 電路 串口最基本的設(shè)置，就是波特率的設(shè)置。 串口使用起來(lái)還是蠻簡(jiǎn)單的，只要你開(kāi)啟了串口時(shí)鐘，并設(shè)置相應(yīng) 的模式，然后配置一下波特率，數(shù)據(jù)位長(zhǎng)度，奇偶校驗(yàn)位等信息，就可以使用了。下面，我們就簡(jiǎn)單介紹下這幾個(gè) - 13 - 與串口基本配置直接相關(guān)的寄存器。 1，串口時(shí)鐘使能。串口作為 一個(gè)外設(shè)，其時(shí)鐘由外設(shè)時(shí)鐘使能寄存器控制，這里 我們使用的串口 1 是在 存器的第 14 位。 里不再介紹。只是說(shuō)明一點(diǎn)，就是除了串口 1 的時(shí)鐘使能在 存器，其他串口的時(shí)鐘使能位都在 2，串口復(fù)位。當(dāng)外設(shè)出現(xiàn)異常的時(shí)候可以通過(guò)復(fù)位寄存器里面的對(duì)應(yīng)位設(shè)置，實(shí)現(xiàn)該外設(shè)的復(fù)位，然后重新配置這個(gè)外設(shè)達(dá)到讓其重新工作的目的。一般在系統(tǒng)剛開(kāi)始配置外設(shè)的時(shí)候，都會(huì)先執(zhí)行復(fù)位該外設(shè)的操作。串口 1 的復(fù)位是通過(guò)配置 存器的第 14 位來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 存器的各位描述如下： 圖 存器 位描述 從上圖可知串口 1 的復(fù)位設(shè)置位在 第 14 位。通過(guò)向該位寫(xiě) 1復(fù)位串口 1，寫(xiě) 0 結(jié)束復(fù)位。其他串口的復(fù)位位在 面。 3 ，串口波特率設(shè)置。每個(gè)串口都有一個(gè)自己獨(dú)立的波特率寄存器過(guò)設(shè)置該寄存器達(dá)到配置不同波特率的目的。該寄存器的各位描述如下： 、 圖 存器 位描述 - 14 - 前面提到 分?jǐn)?shù)波特率概念，其實(shí)就是在這個(gè)寄存器里面體現(xiàn)的。最低 4 位用來(lái)存放小數(shù)部分 15:4這 12 位用來(lái)存放整數(shù)部分 16 位未使用。 這里波特率的計(jì)算通過(guò)如下公式計(jì)算 。 這里的 x=1、 2）是給外設(shè)的時(shí)鐘（ 于串口 2、 3、 4、 5， 于串口 1）， 一個(gè)無(wú)符號(hào)的定點(diǎn)數(shù)，它的值可以有串口的 存器值得到。而我們更關(guān)心的是如何從 值得到 值，因?yàn)橐话阄覀冎赖氖遣ㄌ芈?，和時(shí) 鐘，要求的就是 值。 下面我們來(lái)介紹如何通過(guò) 到串口 存器的值，假設(shè)我們的串口 1 要設(shè)置為 9600 的波特率，而 時(shí)鐘為 72M。這樣，我們根據(jù)上面的公式有： 2000000/9600*16=么得到： 6*2=0468=0樣，我們就得到了 值為 0要設(shè)置串口 1 的 存器值為0 可以得到 9600 的波特率。 4，串口控制。 每個(gè)串口都有 3 個(gè)控制寄存器 ，串口的很多配置都是通過(guò)這 3 個(gè)寄存器來(lái)設(shè)置的。這里我們只要用到 可以實(shí)現(xiàn)我們的功能了。 圖 存器 位描述 3: 串口功能； 2: 長(zhǎng)。 0: 1 個(gè)開(kāi)始位， 8 個(gè)數(shù)據(jù)位， 1 位停止位（默認(rèn)）； 1: 1個(gè)開(kāi)始位， 9 位數(shù)據(jù)位， 1 位停止位（默認(rèn)）； *注意：停止位的長(zhǎng)度可在 存器中設(shè)置。 1: 醒功能 0: 校檢使能位，當(dāng)激活奇偶校驗(yàn)功能時(shí)，置位該位將自動(dòng)往要傳輸數(shù)據(jù)的高位字節(jié)處插入就校驗(yàn)位。 9: 0：偶校驗(yàn)； 1：奇校驗(yàn)。 8: 7: 發(fā)送緩沖區(qū)空中斷使能位 6: 發(fā)送完成中斷使能位 5: 接收緩沖區(qū)非空中斷使能位 - 15 - 4: 3: 2: 1: 0: ， 數(shù)據(jù)發(fā)送與接收。 發(fā)送與接收是通過(guò)數(shù)據(jù)寄存器 實(shí)現(xiàn)的，這是一個(gè)雙寄存器，包含了 向該寄存器寫(xiě)數(shù)據(jù)的時(shí)候，串口就會(huì)自動(dòng)發(fā)送，當(dāng)收到收據(jù)的時(shí)候，也是存在該寄存器內(nèi)。該寄存器的各位描述如下： 圖 存器 位描述 可以看出，雖然是一個(gè) 32 位寄存器，但是只用了低 9 位（ :0），其他都是保留。 :0為串口數(shù) 據(jù)，包含了發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)。由于它是由兩個(gè)寄存器組成的，一個(gè)給發(fā)送用 (一個(gè)給接收用 (該寄存器兼具讀和寫(xiě)的功能。 存器提供了輸入移位寄存器和內(nèi)部總線(xiàn)之間的并行接口。 當(dāng)使能校驗(yàn)位 ( 被置位 )進(jìn)行發(fā)送時(shí)，寫(xiě)到 值 (根據(jù)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度不同， 第 7 位或者第 8 位 )會(huì)被后來(lái)的校驗(yàn)位該取代。當(dāng)使能校驗(yàn)位進(jìn)行接收時(shí)，讀到的 是接收到的校驗(yàn)位。 6，串口狀態(tài)。串口的狀態(tài)可以通過(guò)狀態(tài)寄存器 取。 圖 存器 位描述 - 16 - 這里我們關(guān)注一下兩個(gè)位，第 5、 6 位 數(shù)據(jù)寄存器非空），當(dāng)該位被置 1 的時(shí)候，就是提示已經(jīng)有數(shù)據(jù)被接收到了，并且可以讀出來(lái)了。這時(shí)候我們要做的就是盡快去讀取 過(guò)讀 以將該位清零，也可以向該位寫(xiě) 0，直接清除。 送完成），當(dāng)該位被職位的時(shí)候，表示 的數(shù)據(jù)已經(jīng)被發(fā)送完成了。如果設(shè)置了這個(gè)位的中斷，則會(huì)產(chǎn)生中斷。該位也有兩種清零方式： 1）讀 2）直接向該位寫(xiě) 0。 一款完全集成的和符合成本效益單芯片 快速以太網(wǎng) 采用較小工藝 10/100M 自適應(yīng)的以太網(wǎng)收發(fā)器。 過(guò)可變電壓的 準(zhǔn)數(shù)字接口連接到 ，支持 是目前常見(jiàn)的一款物理層收發(fā)器，由于全球的 成度不斷提高，由早先的衍生到現(xiàn)在的 以太網(wǎng)部分的成本，逐漸降低。 有如下特點(diǎn) 裝 電電壓 擬部分 接方式（推薦使用 P 硬加速 5%的廠家的 全兼容，是 薦使用的單口 注：目前 持的溫度范圍是 0而工業(yè)級(jí)的 支持 85。在應(yīng)用過(guò)程中， 出現(xiàn)的錯(cuò)誤是，晶振的連接，以及網(wǎng)絡(luò)變壓器的匹配，所以應(yīng)該慎重選擇。 腳圖如下所示： - 17 - 圖 腳圖 腳說(shuō)明 16腳 4：輸入腳，傳輸錯(cuò)誤或者是第五個(gè) 100兆模式下，此腳為高，同時(shí) 停信號(hào)代替實(shí)際的數(shù)據(jù)。在 10兆模式下這個(gè)輸入腳被忽略，在旁路模式下（旁路 4腳變成 腳，第五個(gè) 20,19,18,17腳 0:3 發(fā)送數(shù)據(jù)， 4位數(shù)據(jù)輸入（與 10兆或者 100兆的半字節(jié)模式，在 10兆的 7線(xiàn)）下， 0被用作串行數(shù)據(jù)輸入腳， 1:3被忽略。輸入腳即芯片發(fā)送數(shù)據(jù)給它，它接收后再發(fā)送。 21腳 輸使能，高電平表示 0:3上數(shù)據(jù)是合法的在 10兆或者 100兆模式下。 在 10兆的 7線(xiàn)）下，高電平顯示 0上數(shù)據(jù)合法。 22腳 出腳，當(dāng)剛上電時(shí)是輸入腳，拉低，發(fā)送時(shí)鐘腳，為 250兆半字節(jié)模式， 10兆是 10兆 7是 7線(xiàn)好像只用單線(xiàn)傳輸）。 上電復(fù)位時(shí)是輸入， 0：寄存器 ,1：寄存器 . 24腳 入腳，管理數(shù)據(jù)的時(shí)鐘腳， 個(gè)時(shí)鐘由管理芯片提供