基于SEP3203的嵌入式以太網口的設計

摘要　在自動化控制及其他民用設備、工業控制如電力設備系統等領域，眾多設備的對外通訊接口仍然是低速串口。但低速串口有其固有的缺點：無法集中、全面、準確而實時地監控數據。本文介紹基于微處理器SEP3203串口以太網轉換器的以太網接口的軟硬件設計方法，它可以變傳統的串口通訊為網絡通訊，實現串口設備的快速聯網。

關鍵詞　串口；以太網口；SEP3203；Nucleus

1　引言

　　在自動化控制及其他民用設備、工業控制如電力設備系統等領域，眾多設備的對外通訊接口仍然是低速串口。因此現有系統的缺點是：無法集中、全面、準確而實時地監控數據。隨著以太網在工業、商業領域的大規模使用以及網絡自動化強勁勢頭的到來，用戶與供應商迫切需要在任何時間和任何地點都可以實時訪問數據和進行控制，做到遠程快速故障分析與處理、設備的遠程維護，以便提高質量，提高工作效率并降低整體成本。完全換掉這些串口通訊的設備是既不經濟也不可行的。針對一些實際需求，采用串口以太網轉換器就是解決這些問題的最佳解決方案。本課題串口以太網轉換器正是在這一要求下設計出來的產品, 本文就是本課題下的子課題部分。

2　基于ARM7TDMI的SEP3203微處理器簡介

　　ARM7TDMI處理器是ARM7處理器系列成員之一，是目前應用較廣的32位高性能嵌入式RISC處理器，SEP3203[1]是東南大學國家專用集成電路系統工程技術研究中心基于ARM7TDMI處理器內核設計的16/32位RISC微處理器芯片。它面向低成本手持設備和其它通用嵌入式設備，為用戶提供了豐富的外設、低功耗管理和低成本的外存配置。

３　串口以太網轉換器中與以太網接口相關的電路結構

　　為了實現該轉換模塊的研究，首先要選擇一個硬件平臺即嵌入式處理器。由于ARM是基于精簡指令系統（RISC）的32位內核，代碼效率高，運行速度快，綜合性能強，在基于ARM體系結構的嵌入式CPU中，基于ARM7TDMI體系結構的SEP3203嵌入式微處理器擁有較好的技術支持，因此本轉換器選擇SEP3203作為硬件平臺；轉換系統必須要有電源，供整個系統用；系統工作時需要有工作時鐘，因此本系統需要有時鐘電路；由于用戶需要的轉換器要有串口、USB和以太網口下載等功能，由于本文只針對以太網口，其它兩個接口本文不作介紹。以太網口與嵌入式芯片之間要有一個網絡模塊，現把與以太網口相關電路結構的部分設計顯示如圖1所示。

圖1  以太網接口部分的相關電路結構

4　網絡接口電路的硬件設計

　　SEP3203芯片內部沒有集成網絡模塊，但SEP3203芯片設計的接口豐富，可以方便地擴展。考慮使用中可能對網速的要求比較高，因此本系統選用了10M的以太網接口。本系統的網絡接口采用REALTEK公司的RTL8019芯片。RTL8019AS 是一種高度集成的以太網芯片，能簡單的實現Plug and Play 并兼容NE2000。由于它擁有三種等級的掉電模式，所以它是綠色電腦的網絡設備的理想選擇。在全雙工模式下，如果是連接到一個同樣是全雙工的交換機或集線器，就可實現同時接收和發送[2]。

　　RTL8019AS支持16KByte、32KByte、64KByte的BROM，另外還支持FLASH MENORY和頁訪問方式，最大支持4MByte（16K×256），此外還支持在運行完BROM 后釋放內存以供系統其他程序的運行。網絡接口模塊的系統連接示意圖如圖2所示。

圖2　以太網接口系統連接圖           　　　

圖3  RJ45網絡接口電路圖 

　　由圖2可知，以太網接口通過系統總線外擴而成。RTL8019AS的地址使用方式有5位、8位、11位三種。使用5位地址就可以訪問RTL8019AS所有的寄存器，實現最簡單的網絡功能。本系統使用8位地址滿足了操作系統對遠程DMA端口的需求。