DS80C400在嵌入式智能網橋中的應用

分類：技術教程日期：2009-06-03 17:09:06 來源：李會平韓進薛慶軍

摘要： 文章提出了以DS80C400為核心處理器將多路CAN網絡與多路以太網互連的嵌入式智能網橋實現方案。給出了 DS80C400 MII與外部物理設備之間的連接，詳細闡述JAVAKIT在WINDOWS開發平臺下的配置方法，系統規劃了TINI OS下系統軟件的開發框架與程序編制方法。利用DS80C400微控制器開發嵌入式系統，可以方便地開發網絡應用系統，大大提高開發效率。

關鍵詞：CAN ，以太網， DS80C400 ，嵌入式智能網橋

0 引言

　　目前，各類智能網橋設計方案基本都是CPU+MAC+PHY+RTOS+TCP/IP STACK的方式，如：PC Gateway+專用網、32位MCU+RTOS、8位或16位單片機+網絡協議包，它們在實時性、可靠性、開發周期、實現難度、價格、開放性和通信效率等方面各有千秋。

　　PC Gateway+專用網：該方案采用專用網絡（如RS232、RS485、CANBUS等）可以連接多種單片機系統。但存在如下缺點：需要依賴PC機作為網關進行協議轉換，專用網絡布線極為不便;需要在PC機上安裝價格昂貴的專門的協議轉換軟件。

　　32位MCU+RTOS：采用32位的高性能嵌入式處理器，在RTOS（實時多任務操作系統）平臺上進行軟件開發，該方案可以完成很多復雜的功能。但這種方案存在如下缺點：高性能嵌入式處理器價格較貴，開發周期長;需要購買昂貴的RTOS軟件，對開發人員的開發能力要求較高。

　　8位或16位單片機+網絡協議包：該方案有如下優點：不依賴PC機或高性能嵌入式處理器，真正實現8位或16位單片機系統直接接入網絡，整個系統完全自給自足;使用外圍器件少，系統成本低。但是這種方法在實現過程中也存在一些問題，如8位或16位單片機的資源相對較少，提供的功能有限。隨著科技的發展，一些高速度的單片機（如DS80C400）己能基本滿足通常的嵌入式產品對處理性能的要求，采用軟件來實現各種協議處理，便于將來在不改變硬件的情況下，只需改變內置程序即可升級整個嵌入式系統的功能。本文提出以DS80C400為核心處理器的CAN總線網絡與以太網網互連的一種方案，實現了多路CAN總線網與以太網數據互聯。

1 總體設計

　　智能（CAN-ETHERNET）網橋作為以太網和現場總線網絡數據傳輸交換的樞紐，完成從CAN到以太網或是從以太網到CAN網絡數據的轉發功能。同時，智能網橋還是一個Web服務器，Web Server將參數顯示和監控等功能均通過網頁的統一界面呈現給用戶?？蛻魴C不需運行專用的監控軟件，只需運行通用的瀏覽器來調用分散在各個受控設備中的嵌入式Web Server上的監控參數顯示頁面，就能達到監控設備的目的。

　　硬件結構框圖如圖1所示：

2 DS80C400以太網控制模塊

　　DS80C400的是一款高集成度8051內核處理器，內部嵌入功能強大的ROM固件，提供了強大的網絡連接和網絡支持功能。DS80C400的超低功耗特性是其它微處理器所無法比擬的。DS80C400芯片上10/100兆MAC和IEEE802.3Mll以及ENDEC PHY的標準接口兼容。

　　DS80C400 MII模塊主要由緩沖區控制單元（BCU）、命令狀態寄存器（CSR）、MAC物理地址、MII 管理模塊、地址檢查模塊、接收/發送緩沖存儲、電源管理模塊等組成，其結構圖如圖2所示。

　　緩沖區控制單元（BCU）：緩沖區控制單元（BCU）是DS80C400的以太網接口的中心控制單元。BCU通過一系列的SFR調節CPU，控制以太網模塊的讀/寫活動。

　　命令狀態寄存器（CSR）：CSR寄存器本質上是定義以太網控制器的操作特性。CSR寄存器包括下面幾項：

　　MAC物理地址：發送，接受和流控制設置;地址檢查模塊使用的組播哈希表;地址檢查模塊需要的過濾模式和好/壞幀控制;VLAN標簽標識符;喚醒幀過濾器;串行的MII物理設備管理總線的寄存器界面。

　　MII 管理模塊：MII管理模塊允許主機從32個寄存器中的任意一個讀取狀態信息。MII管理模塊通過2線的串行接口和外部物理設備進行通信。

　　MII I/O模塊：MII 1/0模塊支持所有的在DS80C400的MAC和外部物理設備之間的數據發送和接收，同時監控由PHY提供的網絡狀態信號。

　　地址檢查模塊：以太網控制器的地址檢查模塊監控所有到來包的目的地址，然后決定是地址是否能夠通過由CPU設置的過濾標準。決定幀是廣播還是組播的地址過濾的結果和位由BCU通過包的接收狀態報告給CPU。

　　接收/發送緩沖存儲：DS80C400以太網控制器使用8KB的內部SRAM作為發送/接收包緩沖區。CPU可以使用MOVX指令對這個SRAM進行讀/寫訪問。

　　電源管理模塊：DS80C400以太網控制器包含了一個電源管理模塊，它可以使以太網控制器通過CPU進入休眠模式，這樣當沒有以太網通信要處理時以便節約能源。

3 系統硬件設計

　　本系統以DS80C400為核心處理器，采用PCA82C250為CAN總線收發器，用SJA1000作總線控制器，以太網交換電路主要是采用五口交換芯片RTL8305SB來實現，用100BASE_FX光纖收發器完成以太網物理層數據傳輸。以下著重介紹DS80C400　MII模塊與外部物理設備之間的連接。

　　DS80C400 MII管理模塊通過2線串行接口與外部物理設備相連，MDC提供串行時鐘信號，MDIO則作為I/O口與外設進行通信。MII I/O模塊支持DS80C400 MAC與外部物理設備之間的發送與接收數據傳輸，并且通過外設提供的信號監控網絡的狀態。發送接口由TXCLK，TX_EN，TXD[3:0]組成，其中，TXCLK是由外設提供的發送時鐘，對于10MBPS操作，TXCLK應當運行在2.5MHZ，而100MBPS，TXCLK應至少運行在25MHZ.TXD[3:0]四位數據總線發送幘到外設。接收接口由RXCLK、RX_DV、RX_ER、RXD[3:0]組成，其中，RXCLK是由外設提供的接收時鐘，其時鐘要求與發送接口類同。RXD[3:0]四位數據總線接收從外設發送來的幀。RX_DV=1表示接收有效，RX_ER指出接收錯誤。MII也能通過外設提供的CRS、COL信號監控網絡狀態。

　　DS80C400 MII與外部物理設備連接如圖3所示：

4 系統軟件設計

　　系統軟件設計是整個設計中最為重要部分之一，利用DS80C400進行嵌入式系統開發并不像標準8051單片機開發那樣簡單，在除了KEIL　C軟件環境外，它還需要特定的軟件開發平臺，DS80C400內部強大的ROM功能，使得系統軟件的開發周期短，系統功能強大。

　　4.1 DS80C400軟件開發平臺

　　DALLAS公司為DS80C400提供了兩種串行加載工具，MTK和JAVAKIT。其中MTK簡潔好用，但是目前MTK僅僅支持WINDOWS平臺。JAVAKIT是一款基于JAVA的圖形界面程序。JAVAKIT的運行需要以下幾個附加軟件同時運行：JAVA Development Environment;Java Communications API;TINI Software Development Kit.。AVAKIT 可以應用于WINDOWS，LINUX以及MAC OSX平臺，但是JAVAKIT的配置雖然比較煩鎖。應當注意的是，目前網絡上流行的javacomm3.0并不支持WINDOWS，當用WINDOWS作為開發平臺時，要下載javacomm2.0才能正確配置JAVAKIT.

　　在PC機的命令行界面正確配置JAVAKIT需注意如下命令配置：

　?。?）set path=%path%; X:\jdk\bin;

　?。?）set classpath=X:\jdk\lib\comm.jar;

　?。?）set classpath=X:tini\bin\tini.jar;%classpath%

　　4.2 系統實現

　　DS80C400內部ROM嵌入的TINI OS使各個任務相互獨立且具有不同的優先級來保證緊急任務及時響應，從而有效地實現任務調度。內部嵌入的工業標準SOCKET套接字方便了網絡系統的開發。

　　系統軟件框架如圖4所示：