TMS320LF2407与LAN91C111型嵌入式以太网接口威廉希尔官方网站 的实现

　　嵌入式以太网不仅可用于工业现场实现现场节点的自动上网功能，而且还可以用于信息家电的以太网接口实现远程控制，具有很好的发展前景。文章介绍基于TMS320LF2407型DSP的嵌入式系统与LAN91C111型自适应10Mb/s/100Mb/s嵌入式以太网控制的接口威廉希尔官方网站 及软硬件实现方法。

　　1 引言

　　目前关于嵌入式以太网的设计方案不是很多，其中大多是基于单片机的，缺点是速度慢、成本太高。DSP作为一种特殊的嵌入式微处理器系统，具有嵌入的协处理器和用于快速数据处理的并行数据通道，在嵌入式网络设备中引入DSP技术可以使嵌入式以太网变得更快、更便宜、更容易进行功能扩充。本文介绍了基于TMS320LF2407型的嵌入式系统与LAN91C111型自适应10Mb/s/100Mb/s嵌入式以太网控制芯片的接口威廉希尔官方网站 和实现方法。

　　

 

　　2 LAN91C111

　　LAN91C111是SMSC公司为嵌入式应用系统推出的第三代快速以太网控制器。LAN91C111的芯片上集成了遵循SMSC/CD协议的MAC(媒体层)和PHY(物理层)，符合IEEE802.3/802.U-100Base-Tx/10Base-T规范，其系统结构如图1所示。该以太网控制器的主要功能如下：

　　·自适应地选传输速率，支持10Mb/s/100Mb/s;

　　·充分支持全双工交换式以太网;

　　·支持突发数据传输;

　　·8k字节的内部存储器用作接收发送的FIFO缓存;

　　·增强式能量管理功能;

　　·支持总线8位、16位、32位的CPU访问;

　　·提前发送和接收。

　　LAN91C111以太网控制器遵循IEEE颁布的802.3以太网传输协议。其8-32位数据总线接口单元通过控制总线、地址总线和数据总线与外部的CPU相连。外部数据可以8位、16位或32位的方式与LAN91C111进行交换。该威廉希尔官方网站 还集成了EEPROM接口，自举时再通过EEOROM接口输入到芯片中，从而实现自动初始化。总线仲裁器(Arbiter)用来监视以太网总线的数据交流情况，一旦发生阻塞，仲裁器一方面通过总线接口单元与外部CPU联系，另一方面控制内存控制单元(MMU)，实现总线数据协调。内存控制单元可控制8kB动态SRAM的存储情况，实现与DMA控制器之间的数据联络。DMA控制器与总线控制器一起控制DMA与以太网协议处理器(EPH)之间的数据交换。以太网协议处理器(EPH)之间的数据交换。以太网协议处理器出来的数量最终经过10Mb/s/100Mb/s的物理层(PHY)直接到达以太网总线。

　　

 

　　3 硬件威廉希尔官方网站 组成

　　出于性价比的考虑，选用DSP控制器作为主CPU。TMS320LF2407是TI公司发布的一款高性价比的，适用于工业控制领域的DSP。该系列具有强大的指令系统、较强的灵活性、高速的数学处理功能及全新的内部结构，可广泛用于通信、计算机、商业、工业、军事等领域。TMS320LF2407是240X系列控制器中功能最强的一款，采用低功耗CMOS技术，具有30MI/s的执行速率，片上还集成了丰富的外围部件(EVM、A/D模块、CAN、SCI、SPI及JTAG)。TMS320LF2407的工作频率较高(40MHz)，存贮空间较大(高达32k字的FLASH程序存储器，可扩展外部64k字存储器，64k字I/O寻址空间)，非常适合处理复杂的TCP/IP协议。

　　由于LAN91C111是专为嵌入式系统设计的，因此，其外围威廉希尔官方网站 相对比较简单。它和没有DMA传输性能的16位DSP(TMS320LF2407)及TG110-S050N2型电磁耦合变压器构成的嵌入式以太网结构如图2所示。图中，地址总线A1-A15相连。A0没有被LAN91C111使用，悬空;数据总线D0-D15相连，用于16位数据传输。LAN91C111端D16-D32悬空;LAN91C111的片选信号AEN由DSP的外部I/O接口选通信号IS提供。二个元件的读电平RD、写电平WR分别相连。LAN91C111的中断输出信号INTRO送入DSP的外部中断脚XINT1触发中断。嵌入式以太网通信模块的威廉希尔官方网站 原理如图3所示。

　　4 软件设计

　　4.1 μC/OS II实时操作系统的移植

　　μC/OS II是一种开放源码的实时嵌入式操作系统，是一个可移植、可裁减、可固化的占先式多任务操作系统，已被应用到多种微处理器中，其大部分源码是用ANSI C语言编写的。移植工作包括以下几个内容：

　　(1)用汇编语言改写OS_CPU_A.ASM文件

　　该文件包括4个子程序：_OSStartHighRdy、OSCtxSw、OSIntCtxSw和OSTickISR。OSStartHighRdy()函数被OSStart()函数调用，功能是运行优先级最高的就绪任务;OSCtxSw()函数被OS Sched()函数调用，其功能是在任务级实现任务切换，任务切换用31号软中断来实现;OSIntCtxSw()函数只能在中断子程序里被OSIntExit()函数调用，由于中断的产生可能引起任务切换，因此在中断服务程序的最后会调用OSIntExit()函数调用，由于中断的产生可能引起任务切换，因此在中断服务程序的最后会调用OSIntExit()函数来检查任务就绪状态，如果满足任务切换条件(在最后一层中断里，并有高优先级任务就绪)，则OSIntExit()调用此函数实现任务切换;时钟节拍函数OSTickISR()的功能如下：TMS320LF2407有4个通用定时器，其中断优先级由高到低分别为T1、T3、T2、T4，可根据实际需要选择基中的一个来实现时钟节拍。需要注意的是：调用_OSIntEnter前不能开中断。如果在调用_OSIntEnter前就开中断，有可能在OSIntNesting加1前就被中断。若发生这种情况，则当高优先级的中断调用OSIntExit()而退出时，应直接从高优先级中断里切换到任务，而不是反回到_OSTickISR(假设_OSTickISR是最后一层中断)，其根本原因就在于_OSTickISR还没有来得及将OSIntNesting加1就被中断了。在用户的其他中断服务程序中也应该防止此类错误。

　　(2)用C语言改写OS CPU_C.C文件

　　本文件仅包括一个OSTaskStkInit()子程序。该函数可模仿TI公司的1$$SAVE库函数对任务堆栈进行初始化，被OSTaskCreate()函数和OSTaskCreateExt()函数所调用，该函数是用来返回任务堆栈初始化后的指针值。注意：TMS320LF2407A本身的堆栈(以下简称US)只有8级，无法作为系统堆栈使用，所以C编译器将其内部的二个突破口AR0，AR1保留，其中AR1作为堆栈指针SP，AR0用做堆栈中临时变量指针FP(在汇编程序中不要使用这二个寄存器，如果必须使用，要关中断，并注意保存和恢复)。编译器将函数和中断压进US的返回地址弹出放在SP(AR1)指南的堆栈中，并保留环境，不同的是函数只保留程序要使用的寄存器，中断要调用I$$AVE保存所有寄存器，返回时要跳转到(而不是调用)I$$REST(这两个函数可以在RTS.SRC中看到源代码)恢复寄存器，这二个函数就象8068里的中断进入和指令HRET，是移植OSTaskStkInit()函数的基础。

　　(3)编写OS_CPU.H文件

　　内容可根据μC/OS-II中的“80×86”的内容进行修改，这里仅给出关键内容：

　　#define OS STK GROWTH 0

　　#define OS ENTER CRITICAL() asm("SETC IN TM");

　　#define OS_EXIT CRITICAL() asm ("CLRC IN TM");

　　#define OS-ASKee SW() asm("INTR 31");

　　(4)适当OSMap Tb1[]和OSUnMapTb1[]

　　移植时还需要对tic /OS-II的OSMapTb1[]和O-SunMapTb1[]二个表进行适当处理，否则会出现寻址错误而使μC/OS-II无法正常运行，这是移植能否成功的重要因素之一。由于TMS320LF2407的存储器采用的是哈佛结构，Flash存储器(或外扩的ROM)位于程序区，因此，处理的方法如下：将tic /OS-II中OSMapTb1[]和OSUnMapTb1[]的数据类型从“INT8U const'改为‘INT8U’，并在链接器命令文件(.CMD)中将“.cinit”块分配到Flash存储器(或外扩的ROM中，链接选项用“-C”(ROM初始化)。这样，在程序运行时将自动对数据区的RAM进行初始化，即运行时自动将“.cinit”块中的数据复制到数据区的RAM中。

　　按需配置OS-FG.H，修改CPU中断向量表和外设向量表后，其他文档的内容可根据实际需要进行相应设置。至此，μC/OS-II在TMS320LF2407上的移植就完成了。

　　4.2 LAN91C111的编程

　　4.2.1 初始化

　　上电后，LAN91C111内部寄存器的值均设置为缺省值，CPU将根据需要设置其中的Configuration,Base和Individual Address寄存器，以保证威廉希尔官方网站 正确工作。

　　4.2.2 发送数据包流程

　　(1)DSP向控制器发送ALLOCATE MEMORY命令(设置MMUCOM寄存器，通常设置为0x0020),MMU为待发送的包在控制器内部的packet buffer中分配存储空间。

　　(2)DSP查询Interrupt Status寄存器中的ALLOC INT位，直到该位被置成1，也可以设置Interrupt Mask中的ALLOC INT位，然后等待硬件中断，这时，MMU已经分配好存储空间。而且TX packet number放在Allocation Result寄存器中。(3)将Allocation Result寄存器中的packet number:拷贝到Packet Number:寄存器中，设置Pointer寄存器(设置为TX;WR，AUTOINC，即0x4000)。然后将包中数据从upper layer发送队列传送到控制器的Data Register。要求依次写入Status Word、Byte Count、destination address、source address、packet size、packet data、control word。

　　(4)DSP向控制器发送“ENQUEUE PACKET NUMBER TO TX FIFO”命令(设置MMUCOM寄存器，通常设置0x00C0)，该命令将Packet Number寄存器中的packet number拷贝到TX FIFO，说明发送的包已放入队列中。同时设置Transmit control寄存器中的TXENA位。同时设置Transmit control寄存器中的TXENA位，启动transmitter。到此为止，DSP的设置工作完成，它可以IDLE，直到接收到一个控制器产生的发送中断。

　　(5)当控制器传送完包以后，memory中的第一个字(16bit)被CSMA/CD写入相应的Status Word，然后将TX FIFO中的packet number移到TX completion FIFO，当TX completion FIFO不为空时产生中断。

　　(6)DSP接收到中断后，开始执行中断处理程序，它读入Interrupt Status寄存器，如果产生发送中断，则从FIFO ports寄存器读入发送的包中的packet number，并将它写入packet number寄存器。然后从memory中读人Status Word(包括设置Pointer寄存器为TX、RD、AUTOINC，即0x6000，然后从数据寄存器中读入包的Status Word)，它是EPH寄存器的镜像，再根据Status Word判断包发送是否成功。如果成功，DSP则向控制器发送RELEASE命令(设置MMUCOM寄存器，设置为0x00A0)，随后控制器将释放发送包所使用的存储空间，同时设置TX INT Acknowledge寄存器，它将TX completion FIFO中的pecket unmber清除。有二种产生发送中断的方案：每发送一个包产生一个中断;每发送一个序列的包产生一个中断。通过Control寄存器的Auto Release位来选择这二种方案，而且这二种方案所使用发送中断位也有所不同。

　　TX INT：当TX completion FIFO不为空时置1e;

　　TX EMPTY INT:当TX FIFO为空时置to;

　　AUTO RELEASE：如果置为1，发送包成功后，packet number不写到TX completion FIFO中，而且它所使用的存储空间被自动释放。

　　

 

　　(7)使用“每发送一个包产生一个中断”方案时，AUTO RELEASE=0，该方案的流程如上文所述。使用“每发送一个序列的包产生一个中断”方案时允许TX EMPTY INT和TX INT，AUTORELEASE=1，当发送完FIFO中的最后一个包后，产生TX EMPTY INT中断。若出现严重的发送错误，则产生TX INT中断，同时将发送失败的包的packet number保存到FIFO Ports寄存器，这样DSP就可以知道发送过程停止了。这种方案可以减少DSP的负担，而且存储空间的释放也更迅速。当AUTO RELEASE=1时，DSP不能得到成功发送包的packet number。

　　4.2.3 接收数据包流程

　　(1)DSP设置receive control寄存器中的RXEN位，允许接收包。

　　(2)含有正确地址的包被接收到，从MMU请求存储空间，并分派一个packet number，内部的DMA逻辑产生连续的地址，并将接收到的字写到memory中，如果超界，包被丢弃，存储空间被释放。当检测到包的结束，Status Word被写到接收包的最前面，byte count写到第二个字。如果CRC校验正确，packet number被写到RX FIFO，由于RX FIFO非空时，因此将产生RCV INT中断;如果RCR校验不正确，则存储空间被释放，而且不产生中断。

　　(3)DSP接收到中断后开始执行中断处理程序，首先读入Interrupt Status寄存器，如果产生接收中断(RCV INT位为1)，则可从FIFO ports寄存器得到接收包的packet number，而且可从data register将接收包传送到DSP的内存或外存中。当处理结束，DSP向处理器发送REMOVE AND RELEASE FROM TOP OF RX命令(即设置寄存器MMUCOM为0x0060)以释放使用的存储空间和packet number。

　　5 结束语

　　该系统能够正确地接入快速以太网，具备100/10Mbit/s、全双工/半双工自适应等多种功能，符合IEEE802.3/802.3μ-100Base-TX/1Obase-T规范，其嵌入式以太网接口支持RJ45和以太网的连接，可以通过以太网接入Internet，从而实现从Internet上监控嵌入式设备。