基于TCP/IP的浮標網絡通信系統設計

1.2 TCP/IP協議棧W3100A簡介

W3100A是一種TCP/IP協議棧芯片，它包含了TCP、IP Ver.4、UDP、ICMP、ARP等Internet協議和DLC、MAC以太網協議。其功能框圖如圖 3所示。W3100A芯片由4部分組成：微控器接口單元、網絡協議引擎、雙口RAM及網絡物理層介質開關接口MII(Media Independent Interface)單元。W3100A支持全雙工20Mbps的數據通信，并可同時支持4個獨立的網絡連接；提供16KB的數據緩沖雙口SRAM；采用0.35μm的CMOS工藝，64引腳LQFP封裝；采用3.3V電源電壓，其I/O接口兼容了5V的數字邏輯電平，可非常方便地與MCU和DSP接口連接。

2、電路設計

該系統的主要電路由微控制器MSP430F169、網絡協議棧W3100A、以太網接口控制器RTL8201及網絡接口構成。W3100A與MSP430F169的連接可采用I2C接口模式或直接總線模式。采用I2C接口模式的優點是電路簡潔，占用端口資源少。但I2C接口的傳輸速度會受到一定限制，所以當要求更高傳輸速度時，可采用直接總線接口方式，如圖 4所示。W3100A提供MII接口與RTL8201相連，其中引腳RX_CLK、RXDV、RXD[0:3]以及COL用于數據的接收，而TX_CLK、TXE、TXD[0:3]用于數據的發送。

　　在接口的實現中，以太網變壓器是不可缺少的。在差分發送引腳(TX+/TX-)上，需要一個專用于10BASE-T 操作的脈沖變壓器，將要發送的數據發送到網絡上。網絡傳來的數據也經過變壓器，由差分接收引腳(RX+/RX-)接收。以太網變壓器的作用主要是將外部線路與RTL8201隔開，防止干擾和燒壞元器件，實現帶電的插拔功能。本設計采用了PULES的J0011型變壓器，其內部結構如圖 5所示。該變壓器集成了RJ-45接頭，在簡化了連線的同時也提高了高頻信號傳輸的可靠性。

同時在設計復位電路時應注意，由于W3100A的復位引腳為高電平有效，而MSP430F169和RTL8021的復位引腳為低電平有效，所以在設計復位電路時要求同時產生高、低兩路復位信號，如圖 6所示。

3、軟件設計

3.1 MSP430總線讀寫

W3100A有專門的微控制器接口與MCU相連，其總線操作類似于MCU對外部存儲器的讀寫。但MSP430微控制器沒有專門的外部擴展總線接口，所以這里采用通用端口模擬外部擴展總線端口。對于W3100A的訪問要依照其讀寫時序進行操作，如圖 7、圖 8所示，可將讀寫程序作為函數在主程序中調用。

下面列舉了部分讀總線程序：

寫總線過程與讀總線類似，不同的是將P4端口設為輸出狀態，并操作寫有效（/WE）。要注意的是/WE恢復到高電平時的上升沿觸發數據寫入。