1、精選優質文檔-傾情為你奉上基于ARM9的以太網接口設計1課題研究背景嵌入式系統是以應用為中心和以計算機為基礎的，并且軟硬件是可裁剪的，能滿足應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等指標的嚴格要求的專用計算機系統。隨著微電子技術和計算機技術的發展，嵌入式技術得到廣闊的發展，已成為現代工業控制、通信類和消費類產品發展的方向。以太網最典型的應用時以太網和TCP/IP，即靈活的以太網底層加上已經成為通用標準的網路傳輸協議TCP/IP，使得以太網能夠非常容易地集成到以Internet和Web技術為代表的信息中。以太網在實時操作、可靠傳輸、標準統一等方面的卓越性能及其便于安裝、維護簡單、不受通信距離限制

2、等優點，已經被國內外很多監控、控制領域的研究人員廣泛關注，并在實際應用中展露出顯著的優勢。隨著嵌入式系統和網路技術的興起已經飛速發展，使系統的通信有了更好的傳輸方式系統通過連接以太網，借助以太網網路通信，成為一個切實可行的辦法。2 網絡基礎知識計算機網絡概述計算機網路是由多種計算機和終端設備通過通信線路連接起來的復合系統。并建立了OSI參考模型。如圖1所示：圖1 OSI參考模型OSI模型中的前2層作為軟硬件來實現的，后5層則作為軟件來實現的。參考模型中低層主要用于處理數據的傳輸，高層則負責連接的建立和數據的表示。以太網技術概述以太網是指數字設備公司、英特爾公司和Xerox公司聯合在1982年公

3、布的一個標準，具有傳輸速率高、網路軟件豐富、系統功能強、安裝連接簡單等很多優點。以太網遵守IEEE802.3網絡標準。以太網系統有硬件和軟件兩部分組成，二者共同實現以太網系統各計算機之間傳輸信息和共享信息。以太網系統具有介質訪問控制協議、接口部件、物理介質、幀傳輸四個基本要素。3、嵌入式系統基礎知識嵌入式系統技術的發展、特點及發展趨勢20世紀70年代，以微處理器為核心的微型計算機以其小型、價廉。高可靠性特點，迅速進入市場，基于高速數值計算能力的微型機，表現出的智能化水平引起了各個領域的專業人士的興趣。為了區別原有的通用計算機系統，把嵌入到對象體系中，實現對象體系智能化控制的計算機，稱為嵌入式計

4、算機系統。嵌入性、專用性與計算機系統是嵌入式的三個基本要素。本文介紹了一個基于三星ARM9芯片S3C2440嵌入式系統的以太網接口電路設計方案，采用了工業級以太網控制器DM9000AE成功實現了嵌入式系統網絡數據交換。4 、DM9000AE工作原理DM9000的主要特性和總體結構DM9000AE是DEVICOM（臺灣聯杰國際）研發的一款10/100M快速以太網控制芯片。DM9000AE實現以太網媒體介質訪問層（MAC）和物理層（ PHY）的功能，包括MAC數據幀的組裝/拆分與收發、地址識別、CRC編碼/校驗、MLT-3編碼器、接收噪聲抑制、輸出脈沖成形、超時重傳、鏈路完整性測試、信號極性檢測與

5、糾正等。DM9000AE內部邏輯結構如圖2所示圖2 DM9000AE內部邏輯結構DM9000AE具有以下主要性能： 48管腳的LQFP封裝，管腳少體積小； 支持8/16位數據總線； 適用于10Base-T和100Base-T，10/100M自適應，適應不同的網絡速度要求； 內置16KB的SRAM，用于收發緩沖，降低對主處理器的速度要求； 支持IP /TCP /UDP加速，減輕了CPU負擔，提高網絡速度； 支持Back pressure半雙工流量控制，與IEEE802.3u兼容，支持IEEE802.3x全雙工流量控制； 20ns響應時間，2.5V/3.3V低功耗。工作原理DM9000A

6、E可與微處理器以8 bit或16 bit的總線方式連接，并可根據需要以單工或全雙工等模式運行。在系統上電時，處理器通過總線配置DM9000AE內部網絡控制寄存器 （NCR）、中斷寄存器（ISR）等，完成DM9000AE的初始化。隨后DM9000A進入數據收發等待狀態。當處理器要向以太網發送數據幀時，先將數據打包成UDP或IP數據包，并通過8 bit或16bit總線逐字節發送到DM9000A的數據發送緩存中，然后將數據長度等信息填充到DM9000AE相應寄存器內，隨后發送使能命令，DM9000AE將緩存的數據和數據幀信息進行MAC組幀，并發送出去。當DM9000AE接收到外部網絡送來的以太網數據

7、時，首先檢測數據幀的合法性，如果幀頭標志有誤或存在CRC校驗錯誤，則將該幀數據丟棄，否則將數據幀緩存到內部RAM，并通過中斷標志位通知處理器，處理器收到中斷后對DM9000AE接收RAM的數據進行處理。DM9000AE自動檢測網絡連接情況，根據網速設置內部的數據收發速率為10Mb/s或100 Mb/s。同時，DM9000AE還能根據RJ45接口連接方式改變數據收發引腳的方向，因此無論外部網線是采用對等還是交叉方式，系統均能正常通信。5.網絡接口硬件電路設計 在嵌入式系統中增加以太網接口，通常由如下兩種方法實現。第一種方法采用帶有以太網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絡接口

8、，通常這種處理器是面向網絡應用而設計的，通過內部總線的方法實現處理器和網絡數據的交換。另一種方法采用嵌入式處理器網卡芯片結構。這種方法對嵌入式處理器沒有特殊要求，只要把以太網芯片連接到嵌入式處理器的總線上即可。此方法通用性強，不受處理器的限制，但是，處理器和網絡數據交換通過外部總線交換數據。本設計采用的是S3C2440這款通用的嵌入式微處理器上擴展以太網接口的方式，即第二種方式。S3C2440A處理器與DM9000AE連接的結構如圖3所示，DM9000AE通過總線與處理器相連，中斷與處理器外部中斷相接。圖3 S3C2440A處理器與DM9000AE連接的結構S3C2440A微處理器是一款由Sa

9、msung半導體公司為手持設備和各種多用途應用設計，基于ARM920T內核的16/32位RISC的低功耗、高集成度的微處理器，采用五級流水線和哈佛結構，289腳FBGA封裝，。S3C2440在包含ARM920T核的同時，增加了豐富的外圍資源，主要包括1個LCD控制器；3個通道的UART；4個通道的DMA；4個具有PWM功能的16位定時/計數器和1個16位內部定時器，支持外部時鐘源；8通道的10位ADC；觸摸屏、IIC總線、IIS總線、SD卡和MMC卡、攝像頭接口；130位通用I/O口和24位外部中斷源。DM9000AE以太網接口電路如圖的連接如圖3所示。處理器利用片選DM_CS和地址線BADD

10、R分別連接DM9000AE芯片的CS引腳和CMD引腳，S3C2440的數據線BDATA15:0與DM9000AE的數據線SD15:0連接，用來實現DM9000與S3C2440之間的數據傳輸；S3C2440的DM_IOR引腳連接DM9000AE的讀引腳IOR#,DM_IOW引腳連接DM9000AE的寫引腳IOW#；同時，DM9000AE占用S3C2440的中斷引腳EINT7，使得S3C2440能夠響應DM9000AE的中斷。DM9000AE與網絡的連接由接收信號線RX+、RX-和發送信號線TX+、TX-通過隔離變壓器E-2023與以太網水晶接頭RJ_45相連。隔離變壓器的主要作用是將嵌入式系統與

11、外部線路相隔離，防止干擾和燒壞元器件，實現帶電的插拔功能。圖4 以太網接口電路6.網絡接口模塊的軟件設計本系統采用Windows CE操作系統，具有強大的網絡支持功能，Windows CE支持包括TCP / IP在內的Internet的所有網絡協議。Windows CE的網絡驅動程序都遵循NDIS（Network Driver Interface Specification，網絡驅動接口規范），NDIS提供了兩個抽象層，用來把網絡驅動程序和協議棧相連。NDIS模型的示意圖圖5所示。圖5 NDIS模型的示意圖將設計的模塊與本地局域網連通，并分配MAC地址和IP地址，利用PC的ping程序，得到回應，說明ARP、IP、ICMP協議正常。利用自己編寫的基于windows的應用程序，向模塊發送連接請求，模塊返回正確的應答信息，TCP協議正常。7.結束語 本文介紹了基于三星公司ARM9芯片S3C2440嵌入式系