基于以太网的嵌入式系统网络接口卡的设计

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基于以太网的嵌入式系统网络接口卡的设计

摘要：  介绍了以10M/100M自适应以太网控制器和DSP为基础的嵌入式系统以太网网络接口卡(NIC) 的接口电路及软硬件实现方法。
关键词:  嵌入式系统 NIC; 网络接口卡; LAN91C111

  引言
   当今社会己经进入数字信息技术和网络技术高速发展的后PC时代，嵌入式系统己经广泛渗透到科学研究、工程设计、军事技术、各类产业和商业文化艺术、娱乐业以及人们的日常生活等方方面面。随着网络技术的快速发展和互联网的广泛应用，各种家电设备、PDA、仪器仪表、工业生产中数据的采集与控制等设备正在逐渐走向网络化，以共享互联网络中庞大的信息资源。嵌入式设备的网络化开发有着广阔的前景。
本文以SMSC公司的LAN91C111嵌入式以太网控制器为基础，介绍嵌入式系统网络接口卡(NIC)的软硬件设计。
   LAN91C111芯片介绍
LAN91C111是SMSC公司生产的专门用于嵌入式产品的10M/100M第三代快速以太网控制器。其优良的性能、低功耗及小尺寸，使LAN91C111逐渐成为嵌入式NIC中的主流产品，其主要性能为：
·支持IEEE 802.3(ANSI8802-3)以太网标准                                          
·自适应地选择传输速率，支持10M/100Mbps
    ·充分支持全双工交换式以太网,具有睡眠模式
    ·8KB内部存储器用作接受发送的FIFO缓存
·提前发送和接受功能
    ·硬件MMU
    ·通过串行EEPROM选择性配置□
·全双工传输模式
    ·可连接同轴电缆和双绞线，支持100Base-Tx/10Base-T,并可自动检测所连介质
·低功耗的CMOS设计。

一个IEEE 802.3数据帧由以下几部分组成: 前导位(Preamle)、帧起始位(SFD)、目的地址(destination)、源地址(source)、数据长度(1ength)、数据((data)、帧校验字(FCS)。如图1所示，数据的数量范围46B ~1500B。如一组要传送的数据为46B，就用零补足；超过1500B时，需要拆成多个帧传送。前导位、帧起始位和帧校验字仅供控制器本身用，主处理器收到的数据帧的组成依次包括：接收状态((1 B)、下一帧的页地址指针 (1 B)、目的地址(6B),源地址(6B)、数据长度/帧类型(2B)、数据。数据长度/帧类型的值小于或等于1500B时，表示数据帧的长度；反之，表示数据帧的类型。如值依次为x08, 0x00，表示数据为IP包；值依次为0x08, 0x06，表示数据为ARP包。
前导位  帧起始位 目的地址 源地址 数据长度     数据    帧校验字           
62B   
2B
6B
6B
2B
46B~1500B
4B
图1  IEEE802.3数据帧的组成

   硬件电路

本设计采用的嵌入式处理器是TI公司的DSP(TMS320LF2407)。它采用低电耗CMOS技术，30MIPS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），工作频率40MHZ，有很大的存贮空间（高达32K字的FLASH程序存储器，可扩展外部64K字储存器，64K字I/O寻址空间），非常适合用来处理复杂的TCP/IP协议。
因为LAN91C111是为嵌入式系统设计,其外围电路相对比较简单。LANC91C111内部寄存器可通过对地址线A0, A1, A2, A3