摘 要：研究了DSP嵌入式系統(tǒng)連接以太網進行數據傳輸的方法。本系統(tǒng)采用了TMS320F2812 DSP作為主處理器，利用以太網控制器芯片RTL8019AS實現DSP系統(tǒng)與PC機之間的連接，完成通過網線從PC機傳輸數據到DSP，DSP再將數據通過網線回傳到PC機上顯示的基本功能。實驗結果表明，基于DSP實現與以太網之間的互聯是切實可行的，在嵌入式實時多任務環(huán)境中，將以太網通信作為多個任務中的一個，可以根據不同場合的需求進行通信方式的選擇。 關鍵詞： DSP； 控制； 以太網； 網絡通信 以太網經過20多年的發(fā)展，已經成為現代互聯網絡中底層連接不可或缺的一部分，它組網方便，具有更好的開放性，成為當今最受歡迎的局域網之一。數字信號處理器(DSP)芯片作為一種特殊的嵌入式微處理器系統(tǒng)，是專門為實現各種數字信號處理算法而設計的，具有嵌入式的協處理器和用于快速數據處理的并行數據通道，其卓越的性能、不斷上升的性價比及日漸完善的開發(fā)方式使它的應用領域越來越廣泛，因此嵌入式網絡開發(fā)的應用前景十分廣闊，已經成為研究的熱點。如何在DSP與PC機之間高速、可靠地進行通信，如何借鑒PC聯網的成功經驗將DSP聯網，甚至與Internet對接，最直接的想法就是設計DSP與網卡的接口電路，通過對網卡直接編程，即可實現局域網內任意站點之間的通信。 1 總體方案設計 為實現網絡通信控制系統(tǒng)的功能，本系統(tǒng)采用模塊化結構。系統(tǒng)主要由DSP主控部分、網絡接口和UDPTest組成。DSP主控部分主要完成信息處理和記錄、控制并調度其他部分正常工作。網絡接口部分對傳來的信號進行處理，檢測DSP、PC機的狀態(tài)，確認后將信號按要求的傳送命令傳送出去。UDPTest用于對指定地址的接收和廣播的數據包進行顯示。以太網接口芯片部分完成數據網上傳輸的控制。基于DSP的網絡傳輸的實現系統(tǒng)結構框圖如圖1所示。 2 硬件電路設計 RTL8019AS以太網控制器實現了以太網媒介訪問層(MAC)和物理層(PHY)的全部功能。在本系統(tǒng)中，RTL8019AS采用跳線模式，將JP管腳經過一個10 kΩ電阻上拉接到5 V電源上。基地址的選擇通過BD0～BD3管腳決定，直接將其懸空，基地址選擇300H，其地址范圍為0300H～031FH。中斷選擇由BD4～BD6決定，將其全部接入低電平，選擇中斷INT0。AUI管腳決定RTL8019AS與以太網連接方式，AUI為低電平表示是BNC或是UTP接口，所以直接將其懸空。網絡接口的具體類型由PL0(BA14)、PL1(BD7)決定，將其接低電平，選擇自動檢測模式，即RTL8019AS會自動檢測接口類型，如10Base-T是電纜信號則選擇接口類型為UTP， 否則選擇接口類型為BNC。 由于RTL8019AS工作電壓為5 V，而數字信號處理器TMS320F2812的工作電壓為3.3 V，所以RTL8019AS的輸出信號要經過電平轉換，中斷信號也要經過電平轉換反向送給DSP。TMS320F2812的輸出電平符合RTL8019AS的輸入電平范圍，但是為了便于DSP與RTL8019AS的邏輯控制，還是通過譯碼電平變換以后將其連接。譯碼、電平變換及反向功能由74LVTH16245完成，采用I/O 方式RTL8019AS 交換數據。ISA為了兼容的需要設置了IOCS16B 信號線，DSP與RTL8019AS交換的數據為16位寬，所以將其通過10 kΩ上拉電阻接5 V電源。RTL8019AS的IOWB、IORB、AEN信號線通過DSP的IS、IOSTRB、R/W這三根線譯碼得到。 TMS320F2812與RTL8019AS的接口如圖 2所示。 3 軟件系統(tǒng)的設計 3.1主程序的設計 本系統(tǒng)主要是在嵌入式系統(tǒng)中實現TCP/IP協議棧，主要采用以太網IEEE802.3、IP、UDP、ARP等協議作為通信協議，傳輸數據通過以太網控制器完成。其主程序主要完成從UDP數據包中解析出完整的CAN協議報文，并存入數據緩沖區(qū)A中。同時，也可以將數據緩沖區(qū)B中完整的CAN協議報文封裝成UDP數據報，然后將其發(fā)送到以太網上。 在數據發(fā)送前，先要對待傳輸的數據進行協議封裝。以UDP數據報為例，首先對原始數據添加UDP頭，包括源端口、目的端口、UDP數據長度和校驗和4個字段，然后再添加IP頭（包括源IP地址、目的IP地址）、校驗和等字段，最后封裝以太網IEEE802.3幀，包括目的CRC地址、源MAC地址和以太網幀總長度。其中源MAC地址為本地物理地址，由程序在初始化時設定。而IEEE802.3幀結構中的CRC校驗由以太網硬件自動完成。至此，構造了一個完整的UDP數據報，就可以交給RTL8019AS進行發(fā)送了。對于接收到的數據包，主處理器對其進行拆解，將解包得到的IP地址與本地IP地址相比較，同時進行校驗和驗證，如果IP一致，則接收該數據包，否則將其丟棄；如果校驗和不正確，則表示數據包傳輸過程中發(fā)生差錯，但不產生差錯報文，由應用層發(fā)現丟失的數據包并請求重傳。 3.2 主程序流程圖 主程序流程圖如圖3所示，DSP首先初始化網絡設備。當有數據從RJ45傳過來時，DSP對數據包進行分析，如果是ARP（物理地址解析協議）數據包，則程序轉入ARP處理程序。如果是IP（網間協議）數據包且傳輸層使用UDP（用戶數據報協議），端口正確，則認為數據報正確，數據解包后，送入數據緩沖區(qū)A，最后把數據部分通過CAN接口輸出。反之，如果DSP從CAN接口接收數據，則將數據按照UDP協議格式打包，送入數據緩沖區(qū)B，由RTL8019AS將數據輸出到局域網中。 3.3 中斷服務子程序的設計 本系統(tǒng)采用中斷方式來處理RTL8019AS 的收發(fā)。當主程序響應RTL8019AS的中斷時，根據中斷寄存器(ISR)的值來判定程序的走向，中斷流程圖如圖4所示。 DSP 接收到外部INT0中斷后檢查狀態(tài)寄存器ISR，如果PTX 位有效，則說明上一幀數據發(fā)送完成；如果PRX 位有效，表明接收到新的一幀數據。對于發(fā)送數據，先要進行載波沖突檢測，在無沖突情況下，主處理器從發(fā)送物理幀隊列讀出一幀已封裝好的IEEE802.3 幀數據，通過控制器的遠程DMA 通道寫到發(fā)送緩沖區(qū)，然后向命令寄存器CR 寫入0x1E 控制字啟動發(fā)送，控制器發(fā)送完一幀數據后再次向主處理器發(fā)出發(fā)送中斷請求信號，如果物理幀隊列不為空，則主處理器繼續(xù)發(fā)送，否則返回。對于接收數據，主處理器從接收緩沖區(qū)讀入一幀數據并對數據解包，將解包得到的IP 地址與本機IP 地址比較，如果一樣，則接收該幀數據，否則丟棄該幀數據。讀入一幀數據后判斷接收緩沖區(qū)是否為空，不為空繼續(xù)讀取數據，否則返回。 基于DSP的網絡通信系統(tǒng)因其顯著的高效傳輸效果及體積小、重量輕、可靠性高等特點，已經在各種家電設備、儀器儀表以及工業(yè)生產中的數據采集與控制設備等領域中得到廣泛應用，取得了良好的經濟效益和社會效益。實驗表明, 本系統(tǒng)能夠正確快速地接入以太網，可以從PC機上通過網線傳輸數據到DSP上，然后DSP再將數據通過網線回傳到PC機上顯示。采用實時操作系統(tǒng)μC/OS- II 可大幅加快軟件的開發(fā)和調試進度。使用RTL8019AS 作為嵌入式系統(tǒng)以太網接口芯片是嵌入式設備接入以太網的一種嘗試，與使用普通的PC機作Web服務器相比，此種方案節(jié)省費用、可移植性好、嵌入式設備和網絡服務器的分離、可以方便地連接各種嵌入式設備以及簡化了嵌入式網絡設備的開發(fā)等優(yōu)點。