STM32F103的高速以太网接口设计的高速以太网接口设计
现代数据采集和监控系统的网络化,对信息传输速率和传输距离提出了更高的要求。采用STM32F103微控制器
和W5300芯片搭建的网络系统,结构简单、易于实现。
引言
随着信息技术的快速发展,网络技术的应用越来越广泛。以太网接口是以太网中各节点的通信基础,处于TCP/IP协议栈的数据
链路层,是信息传递和管理的重要环节[1]。对于单片机来说,由于内部资源有限,既要完成主控任务,又要实现TCP/IP协议栈,
难度较大,经综合考虑采用意法半导体公司生产的STM32F103作为控制核心[2]。韩国WIZnet公司生产的W5300芯片内部集
成了以太网协议,可以简化软件设计,减少调试时间,从而缩短开发周期;同时,能够简化系统布局,有利于系统升级。
1 芯片介绍
1.1 STM32F103芯片
STM32F103是基于ARM CortexM3核的32位处理器芯片。其最高工作频率为72 MHz;内置高速存储器(512 KB Flash、64
KB RAM);丰富的增强I/O端口和外设资源,包括5路USART、2个12通道DMA控制器、3路SPI以及12位的ADC、DAC、
FSMC、SDIO、USB、CAN、I2C等;具有标准和先进的通信接口;提供可编程电压检测器(PVD),保证整个系统的稳定工
作,提高抗干扰能力;温度传感器直接与内部ADC相连,能够对器件周围环境的温度进行监测;工作温度为-40~85 ℃[3],能
够满足设计的要求。
1.2 W5300芯片
W5300是一款高性能以太网芯片,采用0.18 μm CMOS工艺,内部集成10/100M以太网控制器,MAC和TCP/IP协议栈。它支
持固件TCP/IP协议TCP、UDP、ICMP、IPv4、ARP、IGMP、PPPoE、Ethernet;8个独立端口同时工作;高速网络数据传
输,速度可达到50 Mbps;支持混合网络TCP/IP协议栈(软件/硬件TCP/IP协议栈);支持存储器到存储器的DMA功能(只有
16位数据总线宽度才支持,从模式);内嵌10BaseT/100BaseTX的以太网物理层;自动握手功能(全双工,半双工);自动
MDI/MDIX(信号线极性交叉);LED网络指示;第三方物理(PHY)接口;支持8/16位数据总线;支持2种主机接口模式
(直接访问模式和间接访问模式)等[45]。
2 系统硬件组成
系统硬件结构框图如图1所示。该系统包括以下几个模块:
① 电源模块,为系统工作提供稳定的电源;
② 晶振模块,为系统提供时钟;
③ 复位模块,复位MCU;
④ RS232接口模块,输出调试信息及部分网络信息的设置;
⑤ I2C存储模块,用于大量信息的存储;
⑥ JTAG接口模块,下载程序;
⑦ W5 300模块,实现以太网功能;
⑧ RJ45接口模块,以太网接口。
图1 系统硬件结构框图
图2 W5300与STM32F103的接口电路
STM32F103与W5300的接口电路如图2所示。W5300的数据线DATA0~DATA15与STM32F103的D0~D15相连;W5300的地
址线ADDR0~ADDR15与STM32F103的A0~A15相连;STM32F103的片选信号/CS与W5300的FSMC_NE4相连,使W5300映
射到主机的地址范围为0x6C000000~0x6C0003FF;STM32F103的读使能信号/RD与W5300的FSMC_NOE相连;
STM32F103的写使能信号/WR与W5300的FSMC_NWE相连;因为STM32F103需要供电电压3.0 V以上才能够正常工作,所
以要求复位时间较长,采用软件对其进行硬件复位,以保证正确复位。系统采用内部PHY模式,相应的TEST_MODE[3:0]引
脚均拉低;采用16位数据总线传输,相应的BIT16EN引脚要接高电平;采用直接访问模式。
3 系统软件实现
3.1 开发环境IAR和仿真器JLink简介
IAR EWARM(IAR Embedded Workbench for ARM)是一个针对ARM处理器的集成开发环境,它包含项目管理器、编辑器、
C/C++编译器和ARM汇编器、连接器XLINK和支持 RTOS的调试工具CSPY。在EWARM环境下,可以使用 C/C++和汇编语言
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