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嵌入式以太網(wǎng)絡(luò )設計實(shí)現方案

 嵌入式系統設計中網(wǎng)絡(luò )通信接口已成為標配接口,網(wǎng)絡(luò )技術(shù)應用到嵌入式設備中時(shí),若使用傳統的TCP/IP協(xié)議,因其比較完善且過(guò)于復雜,在嵌入式系統中需要占用大量資源??紤]使用精簡(jiǎn)的以太網(wǎng)協(xié)議是比較適合的方式,并且可以提高嵌入式系統的實(shí)時(shí)性。

本文對嵌入系統網(wǎng)絡(luò )設計中使用的主要幾種硬件實(shí)現設計方式的認識做一些簡(jiǎn)單的介紹,以及在硬件實(shí)現方式中結合使用TCP/IP協(xié)議的方式加以介紹。尤其主要介紹在ARM系列MCU中使用精簡(jiǎn)的TCP/IP協(xié)議的幾種方式,主要的實(shí)現方式如下:

第一種:MCU芯片+MAC芯片+PHY芯片;

此種實(shí)現方式通常需要外接存儲芯片,組合起來(lái)性?xún)r(jià)比較低,成本較高,現階段基本不適用該種應用方案;

第二種:(MCU+MAC)芯片+PHY芯片;

此種實(shí)現方式在嵌入式應用中比較廣泛,因MAC實(shí)際電路大部分為數字電路,集成到MCU中作為MCU芯片中的一部分附加功能,與外部PHY芯片將使用MII或者RMII接口連接,以進(jìn)行控制和數據通信,典型的應用如:

1、STM32F107(帶MAC+PHY芯片

2、STM32F407(帶MAC+PHY芯片

3、LPC1768(帶MAC+PHY芯片

4、LPC2368(帶MAC+PHY芯片

常用的PHY芯片有:

1、ST公司:ST802RT1A、STE101P(有SMII接口)

2、National的:DP83848CW、DP83840TW

3、Realtech的:RTL8021N

4、Micrel的:KSZ8721CL

5、SMSC的:LAN83C185、LAN8700

6、Marvell的:88E3015(有RGMII接口)

以上PHY芯片均具有MIIRMII兩種媒體獨立接口;在以上硬件接口實(shí)現方式中,以太網(wǎng)絡(luò )通信需要精簡(jiǎn)的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議的支撐,如常用的LWIP,uIP等輕量級的TCP/IP網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧;

第三種:MCU芯片+MAC+PHY)芯片;

這種實(shí)現方式,組合比較靈活,在(MAC+PHY)芯片內部集成了網(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議,使用起來(lái)比較方便,而且最終的數據傳輸和處理速度取決于所選擇的MCU芯片的處理能力。典型的應用如:

1、MCU+RTL8039

2、MCU+W5500

3、MCU+ENC28J60

4、MCU+DM9000

這種實(shí)現方式中,除對MCU的處理能力要求以外,僅要求MCU帶有行業(yè)標準串行外設接口(SPI),因此絕大部分MCU都能滿(mǎn)足基本要求,實(shí)現個(gè)性化的嵌入式以太網(wǎng)絡(luò )通信設計;

第四種:(MCU+MAC+PHY)芯片;

業(yè)界已實(shí)現很多Cortex-M4MCU中集成MAC+PHY功能;如德州儀器宣布推出面向云網(wǎng)關(guān)的全球首款支持以太網(wǎng)MAC+PHYCortex-M4產(chǎn)品—CTM4C129x。

MCU的主要作用對用戶(hù)程序的執行,通信協(xié)議的執行,以及對MACPHY芯片的控制;MAC實(shí)現媒體接入層的規定協(xié)議,負責控制與連接物理層(PHY);而PHY負責將數據轉換成串行數據流,進(jìn)行編碼轉換為模擬信號發(fā)送出去,或者反向將模擬轉換為數字信號。

在第二種和第三種選擇方案中,還可以實(shí)現更加個(gè)性化的網(wǎng)頁(yè)WEB服務(wù)器,若MCU的性能較佳,可同時(shí)移植實(shí)時(shí)操作系統系統ucosiiLWIP協(xié)議棧,在實(shí)時(shí)操作系統中運行LWIP協(xié)議棧是一個(gè)不錯的選擇。
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