基于W5100的DSP快速網(wǎng)絡(luò)接入解決方案

現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域中，越來(lái)越多的現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備需要擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)功能以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)傳輸。以太網(wǎng)以其低成本，易于集成，傳輸距離遠(yuǎn)的優(yōu)勢(shì)使其得到了廣泛應(yīng)用。
傳統(tǒng)的以太網(wǎng)解決方案，往往采用主控CPU連接物理層接口芯片，在主控器內(nèi)編寫(xiě)以太網(wǎng)通信協(xié)議。這種方法需要編寫(xiě)繁瑣的程序并且耗費(fèi)大量的時(shí)間調(diào)試。由于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議一般都比較大，寫(xiě)入軟件后穩(wěn)定性欠佳，不利于系統(tǒng)的快速開(kāi)發(fā)與穩(wěn)定運(yùn)行，而且客戶時(shí)常會(huì)有新的需求。這種用軟件實(shí)現(xiàn)的方式很難滿足頻繁更新升級(jí)的要求。因此，一種方式就是將網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的處理獨(dú)立于系統(tǒng)處理器之外，讓?xiě)?yīng)用程序與資料的輸入／輸小分別執(zhí)行于不同的硬件，來(lái)適應(yīng)多方而的條件。它將網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的處理分成一個(gè)由特定處理器執(zhí)行的控制部分和一個(gè)硬件線路部分，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是具有較短的開(kāi)發(fā)周期與較高的彈性，而且能夠增加穩(wěn)定性并有效降低主CPU負(fù)擔(dān)，模塊化的沒(méi)計(jì)也便于以后系統(tǒng)的升級(jí)。
北京博控自動(dòng)化有限公司推出的高速硬件以太網(wǎng)協(xié)議芯片W51O0，很好的解決了上述問(wèn)題。它本身集成了高度成熟的TCP／IP協(xié)議棧、以太網(wǎng)MAC層、PHY層等，支持TCP、UDP、IPv4、ICMP、ARP、IGMP和PPPoE等協(xié)議，這些協(xié)議已經(jīng)在很多領(lǐng)域經(jīng)過(guò)了多年的驗(yàn)證。它支持4個(gè)獨(dú)立的Socket通信，內(nèi)部16 KB的發(fā)送／接收緩沖區(qū)可快速進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，最大有效通信速率可達(dá)25 Mbps。使用W5100不需要考慮以太網(wǎng)的控制，只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的端口(socket)編程，像訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器一樣簡(jiǎn)單。它提供兩種并行總線接口(直接總線與間接總線)以及串行SPI接口。W5100大大減少了硬件接口設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)編程的工作量，并且可以實(shí)現(xiàn)可靠穩(wěn)定運(yùn)行的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用于各種安全檢測(cè)、電力系統(tǒng)的測(cè)量監(jiān)控音視頻傳輸、遠(yuǎn)程信息傳輸?shù)阮I(lǐng)域。圖1為W5100的系統(tǒng)構(gòu)架圖。

例如，將以太網(wǎng)技術(shù)引入以DSP為核心的嵌入式系統(tǒng)，使DSP芯片具備網(wǎng)絡(luò)連接功能，PC就通過(guò)網(wǎng)卡與DSP嵌入式模塊進(jìn)行大量數(shù)據(jù)交換并對(duì)其進(jìn)行控制。
下面給出了一種TMS320F2812(簡(jiǎn)稱F2812)和W5100相結(jié)合的嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，應(yīng)用程序由DSP來(lái)執(zhí)行，而網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的處理與數(shù)據(jù)的傳輸則由W5100來(lái)實(shí)現(xiàn)。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)不必考慮網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的細(xì)節(jié)，只需要解釋并執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)芯片傳送過(guò)來(lái)的指令和數(shù)據(jù)就可以實(shí)現(xiàn)與Internet網(wǎng)絡(luò)連接，且不需要操作系統(tǒng)的支持，具有接口電路簡(jiǎn)單，編程方便等特點(diǎn)。系統(tǒng)框圖如圖2所示。

從圖2中可以看出，需要檢測(cè)或傳輸?shù)男盘?hào)和數(shù)據(jù)可以通過(guò)F2812豐富的外設(shè)接口直接輸入，并且可以根據(jù)實(shí)際需要由DSP芯片對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理工作，然后傳輸至W5100芯片，完成網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的處理，再通過(guò)自帶變壓器的RJ45網(wǎng)口傳至PC機(jī)。同理，由PC機(jī)發(fā)出的控制指令或是傳出的數(shù)據(jù)，也可反方向地傳輸至DSP的信號(hào)和數(shù)據(jù)輸出端，實(shí)現(xiàn)了DSP嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)采集與傳輸。JTAG接口用來(lái)根據(jù)具體要求燒寫(xiě)程序到DSP內(nèi)部的Flash，外擴(kuò)RAM用于處理傳輸過(guò)程中的數(shù)據(jù)，SD存儲(chǔ)卡用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，它們使得數(shù)據(jù)的處理變得更加靈活。網(wǎng)絡(luò)傳輸狀態(tài)指示燈反映了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)狀態(tài)。