江山網(wǎng)絡接口公司

摘要　在自動化控制及其他民用設備、工業(yè)控制如電力設備系統(tǒng)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(jiān)控數(shù)據(jù)。本文介紹基于微處理器SEP3203串口以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器的以太網(wǎng)接口的軟硬件設計方法，它可以變傳統(tǒng)的串口通訊為網(wǎng)絡通訊，實現(xiàn)串口設備的快速聯(lián)網(wǎng)。1引言在自動化控制及其他民用設備、工業(yè)控制如電力設備系統(tǒng)等領域，眾多設備的對外通訊接口仍然是低速串口。因此現(xiàn)有系統(tǒng)的缺點是：無法集中、全面、準確而實時地監(jiān)控數(shù)據(jù)。隨著以太網(wǎng)在工業(yè)、商業(yè)領域的大規(guī)模使用以及網(wǎng)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(shù)據(jù)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(zhì)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(jīng)濟也不可行的。針對一些實際需求，采用串口以太網(wǎng)轉(zhuǎn)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(wǎng)轉(zhuǎn)換器正是在這一要求下設計出來的產(chǎn)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(tǒng)工程技術(shù)研究中心基于ARM7TDMI處理器內(nèi)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(wǎng)轉(zhuǎn)換器中與以太網(wǎng)接口相關的電路結(jié)構(gòu)為了實現(xiàn)該轉(zhuǎn)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(tǒng)（RISC）的32位內(nèi)核，代碼效率高，運行速度快，綜合性能強，在基于ARM體系結(jié)構(gòu)的嵌入式CPU中，基于ARM7TDMI體系結(jié)構(gòu)的SEP3203嵌入式微處理器擁有較好的技術(shù)支持，因此本轉(zhuǎn)換器選擇SEP3203作為硬件平臺；轉(zhuǎn)換系統(tǒng)必須要有電源，供整個系統(tǒng)用；系統(tǒng)工作時需要有工作時鐘，因此本系統(tǒng)需要有時鐘電路；由于用戶需要的轉(zhuǎn)換器要有串口、USB和以太網(wǎng)口下載等功能，由于本文只針對以太網(wǎng)口，其它兩個接口本文不作介紹。以太網(wǎng)口與嵌入式芯片之間要有一個網(wǎng)絡模塊，現(xiàn)把與以太網(wǎng)口相關電路結(jié)構(gòu)的部分設計顯示如圖1所示。4　網(wǎng)絡接口電路的硬件設計SEP3203芯片內(nèi)部沒有集成網(wǎng)絡模塊，但SEP3203芯片設計的接口豐富，可以方便地擴展?？紤]使用中可能對網(wǎng)速的要求比較高，因此本系統(tǒng)選用了10M的以太網(wǎng)接口。本系統(tǒng)的網(wǎng)絡接口采用REALTEK公司的RTL8019芯片。RTL8019AS 是一種高度集成的以太網(wǎng)芯片，能簡單的實現(xiàn)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(wǎng)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(xiàn)同時接收和發(fā)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(nèi)存以供系統(tǒng)其他程序的運行。網(wǎng)絡接口模塊的系統(tǒng)連接示意圖如圖2所示。由圖2可知，以太網(wǎng)接口通過系統(tǒng)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(xiàn)最簡單的網(wǎng)絡功能。本系統(tǒng)使用8位地址滿足了操作系統(tǒng)對遠程DMA端口的需求。網(wǎng)絡接口模塊和SEP3203微處理器的連接線比較簡單，在PCB板上布線比較規(guī)則。網(wǎng)絡接口芯片RTL8019的實際電路連接圖見參考文獻[3]。網(wǎng)口選用了內(nèi)置變壓及指示燈的RJ45網(wǎng)絡接口，實際電路圖如圖3[4]所示， 對比SEP3203微處理器的SRAM接口協(xié)議，由于總線沒有等待信號，所以沒有使用IOCHRDY信號。由于SEP3203微處理器總線的最低數(shù)據(jù)位寬是16位，所以IOCS16B固定置于16位方式。5軟件平臺Nucleus綜合考慮各個因素，我們選擇了嵌入式實時操作系統(tǒng)Nucleus。Nucleus PLUS是美國著名RTOS廠商(ATI)(Accelerated Technology Inc)公司為實時嵌入式應用而設計的一個搶先式多任務操作系統(tǒng)內(nèi)核，其95％的代碼是用ANSI C寫成的，非常便于移植并支持大多數(shù)類型的處理器。Nucleus PLUS是一組C函數(shù)庫，下載到目標板的RAM中或直接燒錄到到目標板的ROM中執(zhí)行。在典型的目標環(huán)境中，Nucleus PLUS核心代碼一般不超過20K字節(jié)大小，內(nèi)核規(guī)模非常小。Nucleus PLUS除提供功能強大的內(nèi)核操作系統(tǒng)外，還提供種類豐富的功能模塊。例如用于通訊系統(tǒng)的局域和廣域網(wǎng)絡模塊，支持圖形應用的實時化Windows模塊，支持nternet網(wǎng)的WEB產(chǎn)品模塊，工控機實時BIOS模塊，圖形化用戶接口，以及應用軟件性能分析模塊等，用戶可以根據(jù)自己的應用來選擇不同的應用模塊；6 網(wǎng)絡接口通信的設計網(wǎng)絡接口的硬件將網(wǎng)絡上傳送來的數(shù)據(jù)送入系統(tǒng)內(nèi)存中，并通知操作系統(tǒng)有網(wǎng)絡數(shù)據(jù)到達。通常，網(wǎng)絡接口使用中斷機制來完成這一任務，一個中斷時處理器將正常的處理掛起，跳轉(zhuǎn)到設備驅(qū)動程序的代碼段執(zhí)行。此時，由設備驅(qū)動程序管理所有細節(jié)。設備驅(qū)動軟件通知協(xié)議棧已經(jīng)有一個分組到達，并要求進行相應的處理。當設備驅(qū)動軟件完成這些繁瑣的處理工作后，他將從中斷返回，處理器繼續(xù)從中斷發(fā)生處往下執(zhí)行。在本協(xié)議棧中，設備驅(qū)動程序?qū)ι蠈討闷帘瘟私邮蘸桶l(fā)送的細節(jié)。用戶只需要調(diào)用相應的套接字即可以完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。比如用戶要使用非阻塞方式接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，可以使用Select()，在Select 的timeout 參數(shù)選擇NO_PREEMPT，即可以非阻塞方式接收發(fā)送。在本TCP/IP 實現(xiàn)中，協(xié)議棧初始化是依靠調(diào)用NETI_Init（）完成的。NETI_Init()完成兩個工作，首先是對網(wǎng)絡協(xié)議棧的初始化[5]， 然后就對系統(tǒng)所使用的網(wǎng)絡設備進行初始化流程說明：①程序由Main()函數(shù)開始，調(diào)用taskmain()。②taskmain()調(diào)用sys_ini()對系統(tǒng)初始化，調(diào)hardware_ini()對硬件初始化；調(diào)用vcre_tsk()創(chuàng)建了6個任務,調(diào)用stak_tske()將部分任務放入就緒隊列，調(diào)用sys_sta()啟動系統(tǒng)。③通過系統(tǒng)調(diào)度開啟任

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路由器是一種負責尋徑的網(wǎng)絡設備，它在互連網(wǎng)絡中從多條路徑中尋找通訊量最少的一條網(wǎng)絡路徑提供給用戶通信。路由器有兩大典型功能，即數(shù)據(jù)通道功能和控制功能。數(shù)據(jù)通道功能包括轉(zhuǎn)發(fā)決定、背板轉(zhuǎn)發(fā)以及輸出鏈路調(diào)度等，一般由特定的硬件來完成?？刂乒δ芤话阌密浖韺崿F(xiàn)，包括與相鄰路由器之間的信息交換、系統(tǒng)配置、系統(tǒng)管理等。交換是一個涵義廣泛的詞語，當它被用來描述數(shù)據(jù)網(wǎng)絡第二層的設備時，實際指的是一個橋接設備。而當它被用來描述數(shù)據(jù)網(wǎng)絡第三層的設備時，又指的是一個路由設備。即交換機和路由器都可用來交換網(wǎng)絡設備，只是所交換的網(wǎng)絡層次不同。同時交換機和路由器都可以用來上網(wǎng)，都是用來擴展網(wǎng)絡的。傳統(tǒng)的交換機只能分割沖突域，不能分割廣播域；而路由器可以分割廣播域。由交換機連接的網(wǎng)段仍屬于同一個廣播域，廣播數(shù)據(jù)包會在交換機連接的所有網(wǎng)段上傳播，在某些情況會導致通信擁護和安全漏洞。連接到路由器上的網(wǎng)段會被分配成不同的廣播域，廣播數(shù)據(jù)不會穿過路由器。雖然第三層以上交換機具有VLAN功能，也可以分割廣播域，但是各子廣播域之間是不能通信交流的，它們之間的交流仍然需要路由器。路由器提供了防火墻的服務，它僅僅轉(zhuǎn)發(fā)特定地址的數(shù)據(jù)包，不傳送不支持路由協(xié)議的數(shù)據(jù)包傳送和求知目標網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包的傳送，從而可以防止廣播風暴。

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RJ45連接器由插頭(連接器、水晶頭)和插座(模塊)組成，插頭有8個凹槽和8個觸點，水晶頭要求RJ45具有良好的導電性能;觸點三叉簧鍍金厚度為50μm，符合超5級傳輸標準，符合T568A和T568B線序。必須防止松動,插頭拔掉,自鎖和其他功能,RJ45插座經(jīng)常使用防滑插頭護套,用于保護插頭,防打滑,容易堵塞,另外,它有多種顏色選擇,可以提供相同的顏色作為嵌入式圖標,以便促進正確的連接。RJ45連接器應具有低而穩(wěn)定的接觸阻抗。連接器的接觸電阻從幾毫歐姆到幾十毫歐姆不等，電阻值主要受接觸材料、正壓、表面狀態(tài)、使用中的電壓和電流等因素影響。RJ45連接器的插頭不是屏蔽的就是屏蔽的。屏蔽型RJ45連接器插頭由屏蔽包層覆蓋，外觀與非屏蔽型插頭相同。適用于各種設備/場景:知名攝影設備的視頻和功率傳輸和無線圖像傳輸設備。一般電話連接器屬于RJ11,公司在美國的開始開發(fā)插件的通用名稱,原名WExW外觀6針,WE6W使用所有6個聯(lián)系人,和WE2W只用中間兩針,后來成為一個RJ系列連接器。

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21ic訊 在推出手指大小、極為靈活的微型網(wǎng)絡接口設備后，RAD 數(shù)據(jù)通信公司 (RAD Data Communications) 改變了以太網(wǎng)服務行業(yè)的規(guī)則。RAD 的最新微型網(wǎng)絡接口設備 (MiNID) 是一種功能齊全、高度智能化的小封裝熱插拔 (簡稱 SFP) 解決方案，可以插入任何生產(chǎn)商生產(chǎn)的主機設備的 SFP 空槽中。當一個 SFP 設備插入到正在申請專利的套管后，它能夠變?yōu)檫\營商以太網(wǎng)分界和服務等級協(xié)議 (SLA) 驗證設備，提供遠程服務監(jiān)控和故障隔離功能。袖珍型 MiNID 完全迎合了小蜂窩回程應用、虛擬專用網(wǎng)絡和運營商批發(fā)供應商網(wǎng)絡終端的需求。RAD 營銷副總裁 Amir Karo 解釋道：“MiNID 具有以太網(wǎng)分界和性能監(jiān)控功能，因此服務提供商、批發(fā)運營商和移動運營商有了此產(chǎn)品便能夠進行服務分界和驗證?！彼赋觯骸癕iNID 還能讓他們接收按服務等級 SLA 定義的實時網(wǎng)絡和性能報告?，F(xiàn)在除了我們還沒有哪家生產(chǎn)商能夠在 SFP 設備上同時具有這兩個功能?！盞aro 補充說：“此外，MiNID 還能夠兼容任何一家生產(chǎn)商的 SFP?！彼又f：“同一款 MiNID 既可與單模光纖，也可與多模光纖一起使用，電子 SFP 也同樣如此。根據(jù) SFP 的不同距離可長達10/40/80千米。并且，MiNID 還適用于已經(jīng)安裝到了現(xiàn)有設備上的 SFP，這樣既能大幅節(jié)約成本，也方便了不少?！盞aro 最后總結(jié)說：“MiNID 完全依靠 RAD 自身技術(shù)打造而成。因此，相比那些借助于第三方現(xiàn)成技術(shù)的生產(chǎn)商而言，我們在增加功能時會更容易些。”MiNID 能夠處理高達 1 Gbps 的以太網(wǎng)流量，并具有按接口和按流的監(jiān)控功能，包括以太網(wǎng)運營管理與維護 (OAM) 和回送。該產(chǎn)品不需要獨立機柜空間，也不需要外部電源，它可以從托管設備進行獨立的遠程管理，也可與托管設備集成為一體，作為同一設備使用。

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普普通通的一款網(wǎng)絡綜合布線產(chǎn)品會給布線大神們帶來方便，在布線過程中最撓人的莫過于網(wǎng)絡跳線不夠長，你接也不是，不接也浪費。這時候就需要網(wǎng)絡綜合布線產(chǎn)品中的網(wǎng)絡直通頭來緩解了。網(wǎng)絡直通頭的出現(xiàn)解決了一部分人對于網(wǎng)線不夠長，方便了一部分不想拆分網(wǎng)線的，即插即用的特點帶來了極大的便捷！此款網(wǎng)絡直通頭雖然不能達到最高的傳輸效果，但是也能達到國際電工協(xié)會IEC 60603-7-51標準。這款網(wǎng)絡直通頭外殼采用的是環(huán)保PC新料創(chuàng)新注塑而成，安全可靠。PCB板的采用也是加厚型，能夠更加堅固耐用。此款直通模塊的具體細節(jié)分解：1.PC主體；2.PCB線路板；3.針芯整體；4.RJ45接口；5.卡扣網(wǎng)絡直通頭一般采用的是8P8C設計方式，滿足通用RJ45接口。這種大眾型網(wǎng)絡直通頭在類別也是有超五類、六類、超六類之分，每一類別都是可以達到國際標準。能夠讓鏈接的兩頭跳線穩(wěn)定傳輸。要說此網(wǎng)絡直通頭是否有缺點，是否能夠真正做到穩(wěn)定傳輸數(shù)據(jù)，小編認為不一定的，這種是屬于非屏蔽直通頭，很容易受到外界的干擾，不能完全的確保穩(wěn)定的傳輸數(shù)據(jù)，容易掉包，丟包等現(xiàn)象。

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摘要：設計了以ENC28J60 為核心的以太網(wǎng)接口實現(xiàn)方案，描述了該系統(tǒng)硬件架構(gòu)的設計方法。在簡要介紹了以太網(wǎng)控制器ENC28J60 的結(jié)構(gòu)、功能、外圍電路的基礎上， 對ENC28J60 與Atmega16 的SPI 通訊進行了闡述。此方案不僅成本低， 而且可以實現(xiàn)500Kbps 以上的傳輸速率，滿足了嵌入式系統(tǒng)的Internet 控制要求。1 引言隨著Internet 的出現(xiàn)和以太網(wǎng)的迅速發(fā)展， 基于以太網(wǎng)的設備控制越來越多。目前市場上大部分以太網(wǎng)控制器采用的封裝均超過80 引腳， 如RTL8019AS、DM9008、CS8900A 等。這些器件不僅結(jié)構(gòu)復雜， 面積龐大， 且系統(tǒng)開銷較大。近來， Microchip推出全球首枚28 引腳獨立以太網(wǎng)控制器ENC28J60, 可為嵌入式系統(tǒng)提供低引腳數(shù)、低成本、精簡的遠程通訊解決方案。2 ENC28J60 網(wǎng)絡接口體系結(jié)構(gòu)ENC28J60 是帶有行業(yè)標準串行外設接口(Serial PeripheralInterface, SPI)的獨立以太網(wǎng)控制器。它符合IEEE 802.3 的全部規(guī)范， 采用了一系列包過濾機制以對傳入數(shù)據(jù)包進行限制。它還提供了一個內(nèi)部DMA 模塊， 以實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)吞吐和硬件支持的IP 校驗和計算。與主控制器的通信通過兩個中斷引腳(INT和WOL)和SPI 腳(SO、SI、SCK、CS)實現(xiàn)， 數(shù)據(jù)傳輸速率高達10Mb/s.兩個專用的引腳(LEDA、LEDB)用于連接LED, 進行網(wǎng)絡活動狀態(tài)指示。圖1 所示為ENC28J60 的典型應用電路。ENC28J60 由7 個主要功能模塊組成：SPI 接口， 充當主控制器和ENC28J60 之間通信通道; 控制寄存器， 用于控制和監(jiān)視ENC28J60; 雙端口RAM緩沖器， 用于接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包; 判優(yōu)器，當DMA、發(fā)送和接收模塊發(fā)出請求時對RAM緩沖器的訪問進行控制; 總線接口， 對通過SPI 接收的數(shù)據(jù)和命令進行解析;MAC 模塊：實現(xiàn)符合IEEE 802.3 標準的MAC 邏輯; PHY 模塊， 對雙絞線上的模擬數(shù)據(jù)進行編碼和譯碼。ENC28J60 還包括其他支持模塊， 諸如振蕩器、片內(nèi)穩(wěn)壓器、電平變換器(提供可以接受5V 電壓的I/O 引腳)和系統(tǒng)控制邏輯。根據(jù)以上說明， ENC28J60 應用于嵌入式網(wǎng)絡接口是非常合適的， 有廣闊的應用發(fā)展前景。3 ENC28J60 在嵌入式網(wǎng)絡接口的應用3.1 硬件電路設計利用ENC28J60 可以構(gòu)成不同功能的網(wǎng)絡終端節(jié)點， 如網(wǎng)絡服務器、帶Internet 功能的設備、遠程監(jiān)控(數(shù)據(jù)采集， 診斷)設備等。圖2 所示為基于ENC28J60 的嵌入式網(wǎng)絡接口的硬件電路原理圖。電路中有：2 個LED 狀態(tài)指示燈主要用來顯示網(wǎng)絡連接狀態(tài)， 包括PHY 是否沖突、連接是否建立、是否接收數(shù)據(jù)、連接速度、雙工模式等; 必需的偏置電阻R3(2kΩ， 精度為1%);高速局域網(wǎng)電磁隔離模塊(即RJ45 以太網(wǎng)接口)， 應用中，ENC28J60 的物理端口與隔離變壓器HR901170A 連接時必須符合IEEE802.3 對物理層規(guī)范的要求， 如RJ45 的插孔與隔離變壓器的間隔應盡量小， 輸出和輸入差分信號對的走線要有很好的隔離。電路中的主控制器采用Atmel 公司的ATmega16 單片機，它具有先進的RISC(精簡指令集計算機)結(jié)構(gòu)、16 kB 可編程Flash 存儲器、512 B 的EEPROM和1 kB 片內(nèi)SRAM, 具有豐富的外設接口， 其SPI 接口允許ATmega16 與外設進行高速的同步數(shù)據(jù)傳輸。本設計中ATmega16 SPI 配置為主機模式，ENC28J60 為從設備。ATmega16 的SPI 工作模式由CPOL、CPHA 設置， 根據(jù)ENC28J60 的SPI 讀寫時序， ATmega16 的SPI工作模式應設置為模式0.ATmega16 通過將ENC28J60 的CS引腳置低實現(xiàn)與其的同步。SPI 時鐘由寫入到SPI 發(fā)送緩沖寄存器的數(shù)據(jù)啟動， SPI MOSI(PB5)引腳上的數(shù)據(jù)發(fā)送秩序由寄存器SPCR 的DORD 位控制， 置位時數(shù)據(jù)的LSB(最低位)首先發(fā)送， 否則數(shù)據(jù)的MSB(最高位)首先發(fā)送。我們選擇先發(fā)送MSB,同時接收到的數(shù)據(jù)傳送到接收緩沖寄存器， CPU 進行右對齊從接收緩沖器中讀取接收到的數(shù)據(jù)。應該注意， 當需要從ENC28J60 中讀取多個數(shù)據(jù)時， 即使ENC28J60 并不需要ATmega16 串行輸出的數(shù)據(jù)， 每讀取一個數(shù)據(jù)前都要向SPI 發(fā)送緩沖器寫一個數(shù)據(jù)以啟動SPI 接口時鐘。由于SPI 系統(tǒng)的發(fā)送方向只有1 個緩沖器， 而在接收方向有2 個緩沖器， 所以在發(fā)送時一定要等到移位過程全部結(jié)束后， 才能對SPI 數(shù)據(jù)寄存器執(zhí)行寫操作; 而在接收數(shù)據(jù)時， 需要在下一個字節(jié)移位過程結(jié)束之前通過訪問SPI 數(shù)據(jù)寄存器讀取當前接收到的數(shù)據(jù)， 否則第1 個數(shù)據(jù)丟失。