以太網與串行接口轉換電路設計

　　越來越多的設備需要接入網絡以實現遠程控制或資源共享。以太網接口布線方便，通信帶寬較寬，可達100 Mb/s甚至1000 Mb/s。嵌入式系統由于具有體積小、價格低、專用性能高的優勢，被廣泛應用于各種電子設備和工業測試設備中。隨著嵌入式系統與網絡的日益緊密結合，在嵌入式系統中引入TCP/IP協議棧已成為嵌入式系統領域的重要研究方向。

　　本文在以太網接口實現基本數據傳輸的基礎上將其轉換成其他通用串行接口（如SPI、UART、CAN），更利于應用在廣泛的工業控制領域中。目前市面上的以太網控制芯片大多功耗高、功能復雜，不適合用在中低端的嵌入式系統中。之前Microchip推出的芯片ENC28J60的網絡接口速度只能達到 10 Mbps，其SRAM buffer也不大容易造成接收溢出，而ENC424J600速度可達100 Mbps，功能將更加完善，并提供兩種接口給嵌入式開發者選擇，是一款很好的網絡接口芯片。STM32F103RET6是一款ARM處理器，它的功耗低、價格低廉、功能強大、具備豐富的串行接口，具有512 KB的Flash，在一般的應用中可以不用外擴Flash，是中低端嵌入式開發系統的最佳選擇之一。將兩者結合不但能實現網絡通信，而且可以靈活轉換成其他串行接口，用途廣泛

　　網絡控制器外圍硬件電路

　　ENC424J600網絡控制器外圍硬件電路設計需要注意的幾點有：ENC424J600的SPISEL引腳需要通過100 kΩ電阻上拉至電源，這樣系統上電時就能進入SPI模式，同時引出INT引腳作為接收中斷使用；每個電源引腳與地之間都應連接一個電容，為更好地防止干擾在設計時加了兩個電容，布線時使0?01 μF電容更靠近電源引腳；RBIAS引腳需接一個12.4 kΩ的電阻到地；另外RD+、RD-差分信號處的接法與一般的網絡控制器不同，它不是直接通過電阻接到電源上，需要特別注意。以太網接口則采用 HR961160C，該插座集成以太網隔離變壓器、LED燈于一體，同時是貼片式的，節約PCB制板空間。在PCB布線時需要注意的是RD+、RD-和 TD+、TD-兩對高頻差分線的走線應對稱并盡可能短。

　　ENC424J600外圍硬件電路及HANRUN以太網變壓器插座外圍電路圖如圖2、圖3所示。

　　圖2　ENC424J600外圍硬件電路

　　圖3　HANRUN以太網變壓器插座外圍電路

　　ENC424J600是單獨可用的快速以太網控制器。其與MCU的連接方式可采用具有工業標準的串行總線SPI或靈活的并行接口。SPI接口數據速率可達14 Mb/s、并行接口速率可達140 Mb/s。ENC424J600滿足10 baseTX全雙工、半雙工模式、100 baseTX全雙工、半雙工模式，4種模式均符合IEEE 802.3協議。芯片內置PHY物理層及MAC媒體訪問控制層。引擎具有RSA、DiffieHelman、AES、MD5、和SHA1算法。芯片具有44引腳TQFP和QFN兩種封裝形式。該芯片另一個突出特點是具有24 KB的SRAM Buffer，基本不需要外接SRAM。芯片SRAM Buffer的分配如圖1所示。SRAM Buffer被分為兩個區域，一般將General Purpose Buffer設為發送區，RX FIFO Buffer設為接收區，通過指針ERXST區分兩個區域，通常將接收區設置較大以防止接收幀溢出。