基于CS8900A的嵌入式网络接口模块设计

基于CS8900A的嵌入式网络接口模块 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 第26卷第3期北京工商大学(自然科学版) 542008年5月JournalofBeijingTechnologyandBusinessUniversity(Natura1ScienceEdition) 文章编号:1671—1513(2008)03—0054—03 基于CS8900A的嵌入式网络接口模块设计 葛辛欣 (北京工商大学信息工程学院,北京100037) 摘要:介绍了以太网控制芯片CS8900A的基本特性和工作原理,并提出了一种切实可行的以太 网解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ,即采用该以太网控制器和微控制器C8051F005相连接实现的网络接口模块设计. 该 设计使嵌入式系统网络接口占用系统资源少,硬件连接简单,成本低,具有广泛的应用前景. 关键词:以太网;CS8900A;C8051F005:TCP/IP 中图分类号:TP393.11文献标识码:A 近年来,随着各种控制需要的增加,单片机已经 不再适用于大中型规模的控制,而大型机又由于体 积大,成本高也逐渐退出舞台,ARM(advancedRISC machines)嵌入式系统应运而生,以其体积小,专用 性强,系统精简,实时性高等特点大大提高了控制性 能,本文设计的目标是通过嵌入式系统控制地电热 供暖设施,即通过嵌入式系统的网口接收外部的温 度信息,通过I/o传输方式送入CPU,在CPU中经 过运算进行调制并将调节后的数据经过网口送回温 度传感器,经过这一方式进行温度的控制.同时还 可以通过网口传输信号对地热设施进行定时开启和 关闭操作.本次设计中采用CS8900A作为网口芯 片,CS8900A完全遵循IEEE802.3 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 . 1网络接口模块的硬件设计 该系统硬件部分主要由三部分组成:微控制器 (MCU),CS8900A和外围电路.控制器可采用高速 8位单片机,16位单片机或32位ARM,本设计中 的微控制器采用了单片机C8051F005,该嵌入式系 统网络接口模块总体框如图1, 1.1以太网控制器CS8900A 1.1.1CS8900A简介 CS8900A是用于嵌入式设备的低成本以太局 域网控制器,在众多以太网控制芯片中,CS8900A 是其中性能十分优良的一款,它主要为嵌入式应用 圆20Mb通信部分lIl—— 上_]塑塑堡厂——L一— L丛黔?A RJ45连接器卜.———+I隔离变压器 图1l碉络接口模块框图 系统,便携式产品和某些适配卡等提供一种切实可 行的以太网解决方案.使用该芯片实现的嵌入式系 统网络接口占用系统资源少,硬件连接简单,成本 低.它的高度集成设计使其不再需要其它以太网控 制器所必需的昂贵外部器件,CS8900A包括片上 RAM,10Base—T传输和接收滤波器,以及带24毫安 驱动的直接ISA一总线接口.除了高度集成, CS8900A还提供其它性能和配置选择,它独特的 PacketPage结构可自动适应网络通信量模式的改 变和现有系统资源,从而提高系统效率. 1.1.2CS8900A的主要功能模块介绍 CS8900A内部功能模块主要是802.3介质访 问控制块(MAC),该模块符合IEEE802.3以太网 标准,并带有ISA接口;支持全双工操作,片内带有 4K字节RAM,它的主要功能有:处理有关以太网 数据帧的发送和接收,包括:冲突检测,帧头的产生 和检测,CRC校验码的生成和验证.通过对发送控 收稿日期:2007—10—10 作者简介:葛辛欣(1983一),女,黑龙江大庆人,硕士研究生,研究方向为智能控制 第26卷第3期葛辛欣:基于CS8900A的嵌入式网络接El模块设计55 制寄存器(TxCMD)的初始化配置,MAC能自动完 成帧的冲突后重传l1J. 1.1.3CS8900A的工作原理 由MCU发来数据帧(包含目的地址和数据), CS8900A接收到此数据帧后,侦听网络线路,如果 线路忙就等待;否则立刻发送该数据帧.在发送时, 该帧被移动到CS8900A缓冲存储器,CS8900A将帧 转换为一个以太网包,再将它传输到网络上.接收 时,CS8900接收一个以太网包并将其存入片上存储 器,接着主机转发接收帧,通过ISA总线进入主机 存储. 1.2微控制器C8051F005 推 本设计的微控制器采用了美国Cygnal公司出的一种混合信号SoC型8位单片机C8051F005, 它是集成度很高的混合信号系统级的芯片【2J.它具 有100脚的TQFP封装,功耗低,供电电压为2.7, 3.3v,全部I/O,RST,JTAG引脚均耐5v电压. 有高速,流水线结构的8051兼容的CIP51内核. 该MCU具有P0,P7共64个通用I/O端口,每个 端口引脚都可以被配置为推挽输出或漏级开路输 出.并且C8051F005有64K字节的FLASHRAM, 可以将IP地址,网卡物理地址和其它参数保存在里 面. 1.3系统硬件电路 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 和设计 该系统利用CS8900A设计了相关电路,实现了 嵌入式系统与网络的互联.该系统提供45接口连接以太网,如图1. 在图1中,控制器通过数据线,地址线和控制线 与CS8900A相连.其中双向的16位系统数据线用 于在CS8900A和微控制器间传递数据.24位系统 地址总线的低20位用于解析到达CS8900AI/O和 存储器空间,和附属的BOOTPROM的传输路径. SA0一SA15用于I/o读写选择,SA0一SA19用于存储 器读写选择中外部解码逻辑的连接. MCU与CS8900A的数据传输有三种模式:i/o 模式,存储器模式和DMA模式.本设计采用 CS8900A默认的I/O模式,因为I/O模式简单易 用.CS8900A有两套读写模式:I/O读写和存储器 读写,其中读写管脚/MEMw和/MEMR被置高以 关闭存储器模式.此时,C8051F005通过/sBHE,/ IOW,/IOR等控制信号线就可实现对CS8900A的 工作方式控制和读写操作.当CS8900A有硬件复 位或软件复位时,它将默认为8位工作模式,因此 要使CS8900A工作于16位模式,系统必须在访问 之前提供给总线高位使能管脚/SBHE一个由高到 低,再由低到高变化的电平信号,这可以在网络驱 动程序中予以实现. C8051F005是本模块的控制核,负责调度功 能,通过读写CS8900A内部寄存器,对CS8900A 进行初始化配置,完成各种必要的控制并实现数据 的网络传输等功能.C8051F005的三根地址线对应 接到CS8900A上即可,由于芯片上电后默认的偏移 地址是0X300h,为保证此缺省的偏移地址必须将 SA8和SA9置高,其余不用的地址线都接入低电 ,CS8900A内部集成了4K字节可作收发 平.此外 帧缓存的片上存储器,集成一个10Base—T收发 器,通过一个隔离变压器连接到以太网上.隔离变 压器在发送端变压比1:2.5,接收端则为1:1.加隔 离变压器的作用主要是将外部线路与CS8900A隔 开,防止干扰和破坏元器件,实现带电拔插功能. 2网络接口的软件设计 软件设计部分主要包括以太网控制器 CS8900A的驱动程序的设计和MCU主控程序. 2.1以太网控制器CS8900A驱动程序的设计 CS8900A的I/O模式访问有中断和查询两种 方式,本文采用中断方式来处理CS8900A的数据收 发.系统首先要对CS8900A进行初始化以确定它 的工作模式.在主机与网路交换数据的过程中,需 要不断地对CS8900A的内部寄存器进行读写操 作l3J.在i/o模式下,MCU可以通过操作CS8900A 的几个主要的寄存器实现对CS8900A中所有内部 寄存器进行读写.这几个主要的工作寄存器主要 有: 1)PortO和Portl:MCU控制这两个口可实现 主机和网路的数据交换. 2)TxCMD发送控制寄存器:在每一次传送动 作开始时,MCU必须对这个口写入传送命令告知 CS8900A有数据传送,以及如何传送. 3)TxLength发送长度寄存器:在传送命令发 出后,必须立即将数据的长度写入这个口,然后将 数据通过PortO写入芯片. 4)IsQ中断状态寄存器:该口内的资料为中断 事件的状态,为CPU提供中断查询信息,当 CS8900A有中断事件发生后,它会依次将5个寄存 56北京工商大学(自然科学版)2008年5月 器的内容映射到IsQ当中.这5个寄存器中有3个 是事件寄存器,另外两个是计数溢出寄存器. 5)LINECTL链路控制寄存器:决定CS8900A 的基本配置和物理接口. 6)RxCTL接收控制寄存器:控制CS8900A接 收特定的数据报. 7)RxCFG接收器配置寄存器:控制CS8900A 接收特定的数据报后会引发中断. 8)BusCTL总线控制寄存器:控制芯片的I/O 接口的一些操作. 主机在一次中断处理中,必须连续地读并且处 理中断状态队列(ISQ)_1J.当有中断产生时,中断管 脚信号变高,并依次将5个寄存器的内容映射到 IsQ中,直到从IsQ中读出0x0000为止.驱动程序 的软件流程图如图2. 2.2MCU主控程序的设计 C8051F005主要完成对CS8900A的初始化以 及数据的解包和打包.首先,C8051F005从网络接 收到数据包,然后对数据包进行分析,如果是ARP 数据包,则程序转入ARP处理程序.如果是IP数 据包且使用UDP 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 ,端口正确,则将数据解包 N 中断 Ytl L ———\r__— 收到新的数据帧?>l中断返回 读取收到新的数据帧 送相应的上层软件处理 兰 I确定接收主机 Y 的物理地址 ? 置===,目不超时?—一, +Y 发送数据 图2CS8900A驱动程序流程 后通过串口输出;如果C8051F005从串口收到数 据,则将数据按照UDP协议格式打包,送入 CS8900A,由CS8900A把数据输出到局域网中. 程序流程如图3. 图3MCU主控程序流程 3结束语 本文所设计的网络接口模块具有多种优点,成 本低,硬件少,传输速度快,使用方便.在实际应用 中,运行稳定,能够十分方便的实现嵌入式系统的网 络互连,具有广泛的应用前景. 参考文献: [1]Cirruslogic.CS8900AProductDataSheet[M].Texas: CirrusLogic,Inc.2001. 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Keywords:DNS;internet;loadbalancing (责任编辑:王宽) (上接第56页) DESIGNoFEMBEDDEDETHERNETINTERFACEMoDULE BASEDONC$8900A GEXin—xin (CollegeofInformationEngineering,BeOingTechnologyandBusinessUniversity, Beijing100037,China) Abstract:ThepaperintroducesthemainfunctionandoperationprincipleoftheEthernetcon— tro1le广一 CS8900A,andproposesafeasibleprojecttosolvetheEthernetproblem,i.e.howtorealize theInternetworkinginembeddedsystembasedontheconnectionofCS8900AandC8051F005.The embeddedEthernetinterfacerealizedbythisdesignneedslesssystemresources,simplerhardwarecon— nectionandlowcosts,thushavingabrightprospect. Keywords:ethernet;CS8900A;C8051F005;TCP/IP (责任编辑:王宽)