基于基于STM32F和和W5100的嵌入式以太网通信接口设计的嵌入式以太网通信接口设计
本文结合ARM技术,采用32bitSTM32F105V微处理器和高性能的以太网控制芯片W5100实现高性能、高可靠性
的嵌入式以太网通信接口设计,其系统各功能模块容易扩展和升级。
随着
本文结合ARM技术,采用32 bit
1 总体设计总体设计
在嵌入式系统设计高速发展的过程中,与传统的基于现场总线方式相比,结合嵌入式系统和以太网技术来实现数据采集和控制
功能越来越受到广大嵌入式设计者的青睐,而通信接口设计实质是能够实现TCP/IP网络通信协议。使用本接口模块的核心控
制器W5100,应用程序设计者无需深入了解TCP/IP协议,也无需考虑以太网的控制,只需访问网络控制器的寄存器,并灵活
创建和选择TCP及UDP套接字(Socket)函数就可以简单地实现网络通信,且不需要操作系统的支持,其具有硬件电路简单、编
程方便等特点,解决了一般嵌入式设计的软件设计复杂、网络编程工作量大等问题,再结合32 bit高性能ARM处理器以真正实
现以太网的高速实时传输。ARM完成对应用程序的处理,W5100实现数据传输和通信网络协议的处理。
具体实现过程:数据信号或模拟信号可以通过STM32F105V丰富的外设接口(RS232总线、CAN总线等)输入或直接通过外部数
据总线输入,并且可以用ARM处理器对传输的数据和信号做一些预处理工作,然后传输到W5100芯片完成网络协议的处理,
再通过网络接口传输到远程终端(PC机)。相反,远程终端可以通过以太网发出控制指令,将传输信号发送至ARM或数据输出
端,从而实现嵌入式系统中网络数据的采集和传输控制。系统框架如图1所示。
本设计利用JTAG接口烧写程序到ARM内部的Flash,外扩I2C接口的128×8(1 Kbits)EEPROM,基地址为Ox40005400,用来
存储网络IP地址、端口号、子网掩码等网络信息,网络传输状态指示灯(LED)反映了数据传输的实时状态。电源由外部电源提
供,分别经过MC7805和AS1117芯片稳压转换输出5 V和3.3 V的电压,这样就能够很好地满足内核、外设以及外部电路的供
电[1]。
2 网络控制器网络控制器W5100
W5100是WIZnet公司最新推出的固件网络芯片,内部集成了10/100 Mb/s以太网控制器,支持自动应答(全双工/半双工模式),
最高通信速率达25 Mb/s。W5100将TCP/IP协议栈、以太网MAC和PHY三种功能集成于一体,支持硬件化的TCP、UDP、
ICMP、IPv4 ARP、IGMP、PPPoE、以太网等协议,并提供了多种总线接口方式(直接总线接口、间接总线接口、SPI总线)便
于连接各类单片机,可以满足不同应用场合的需求。
W5100内含公共存储器、端口存储器、发送存储器以及接收存储器。公共寄存器用来设置W5100的工作模式、中断向量、IP
地址、网关地址、子网掩码、物理地址、超时值等相关信息;端口寄存器平均分为4个相等的存储器大小,可以单独对4个独
立的网络通道(Socket)设置端口的通信模式(TCP客户端模式、TCP服务器模式、UDP模式),实现网络数据的通信;内部16
KB存储器的发送和接收数据缓冲区(8 KB的发送缓存和8 KB接收缓存区)用来存放临时数据。W5100支持ADSL连接(支持
PPPoE协议、带PAP/CHAP验证),支持自动极性变换(MDI/MDIX)并附带有多功能LED指示灯输出,时钟信号由外部晶振25
MHz提供,分别接入XTLP、XTLN管脚。
W5100支持80脚的LQFP小型封装,0.18 μm CMOS工艺,符合环保要求。3.3 V的单电源工作电压,I/O口可承受5 V电压,可
以满足低功耗要求[2]。
3 通信接口硬件设计通信接口硬件设计
本设计采用嵌入式微处理器和以太网控制器的方式实现接口转换,需要用到的芯片主要包括STM32F105V微处理器,W5100
网络控制器及带网络变压器的RJ-45接口13F-60系列,AT24LC01B EEPROM等。采用SPI总线接口模式,实现STM32F105V
和网络控制器的硬件连接。在串行接口模式下,只需要连接几个简单的引脚就可以进行数据通信[3]。SPI总线接口模式下硬件
连接如图2所示。
评论0