基于DS80C410串口至以太網(wǎng)接口轉(zhuǎn)換器的實(shí)現(xiàn)

摘要：介紹了一種基于高性能51內(nèi)核網(wǎng)絡(luò)微控制器的串口至以太網(wǎng)接口轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)方案，采用網(wǎng)絡(luò)單片機(jī)DS80C410，利用集成的MAC通過(guò)以太網(wǎng)收發(fā)器與以太網(wǎng)相連，借助TINI SDK軟件開(kāi)發(fā)包通過(guò)Java編程實(shí)現(xiàn)串口和以太網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)通訊。串口至以太網(wǎng)接口轉(zhuǎn)換器使得帶有RS232/422/485通訊接口的設(shè)備和以太網(wǎng)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)流傳輸，通過(guò)以太網(wǎng)服務(wù)器對(duì)串口設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：串口；以太網(wǎng)；DS80C410；LXT972ALC；Java

1  引言

互聯(lián)網(wǎng)硬件和軟件的迅猛發(fā)展，使得各種電氣設(shè)備、儀器儀表以及生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備逐漸走向網(wǎng)絡(luò)化。計(jì)算機(jī)技術(shù)、測(cè)控技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通訊技術(shù)不斷發(fā)展與融合是一個(gè)必然的趨勢(shì)。目前以太網(wǎng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，成為互聯(lián)網(wǎng)鏈接不可缺少的部分，另外以太網(wǎng)一般都基于TCP/IP協(xié)議，使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)只有一種互聯(lián)通訊協(xié)議，滿(mǎn)足控制系統(tǒng)各個(gè)層次的要求，而且易于和Internet實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接�，F(xiàn)今大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過(guò)串口與外界通訊，甚至串口是它們與外界通訊的唯一通道，串口設(shè)備的廣泛使用以及對(duì)設(shè)備上網(wǎng)能力的不斷需求，使得如何實(shí)現(xiàn)串口到以太網(wǎng)的轉(zhuǎn)換顯得尤為重要。DS80C410利用集成的MAC通過(guò)物理層器件與以太網(wǎng)相連，借助TINI SDK軟件開(kāi)發(fā)包可以輕松實(shí)現(xiàn)串口至以太網(wǎng)的接口轉(zhuǎn)換。

2  系統(tǒng)硬件

2.1  DS80C410簡(jiǎn)介

DS80C410是與8051兼容的高度集成的網(wǎng)絡(luò)微控制器。它內(nèi)置一個(gè)10/100bps的以太網(wǎng)MAC，3個(gè)串行端口，1個(gè)CAN2.0B控制器，一個(gè)1-Wire控制器和64個(gè)I/O口，具有64K字節(jié)內(nèi)部SRAM，用于存儲(chǔ)用戶(hù)應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)堆棧。為了便于訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò)，在ROM中提供了一個(gè)完整的、可被應(yīng)用訪(fǎng)問(wèn)的TCP / IP 協(xié)議棧, 支持IPv4 和IPv6, 可執(zhí)行UDP, TCP, DHCP, ICMP和IGMP,協(xié)議棧支持32個(gè)TCP連接而且可以通過(guò)以太網(wǎng)MAC以5Mbps的速度發(fā)送數(shù)據(jù)。最高達(dá)75MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率使最短指令周期僅有54ns。為了加快微控制器和內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳輸, ROM包含固件用DHCP連接TFTP來(lái)實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)。

DS80C410內(nèi)部集成了10/1000Mbps的以太網(wǎng)控制器（MAC），它支持使用以太網(wǎng)/IEEE802.3協(xié)議的物理設(shè)備。它通過(guò)一個(gè)介質(zhì)無(wú)關(guān)接口(MII)提供了接收、發(fā)送和流控制機(jī)制。MII包含了一個(gè)串行管理總線(xiàn)，它可以用來(lái)設(shè)置外部物理設(shè)備。MII可以設(shè)置為半雙工和全雙工模式，速率可以是10Mbps和100Mbps，也可以設(shè)置成支持1OMbps的ENDEC操作模式。

緩沖控制單元（BCU）:是所有DS80C410以太網(wǎng)操作的中央控制器，通過(guò)一系列特殊功能寄存器控制CPU與以太網(wǎng)控制模塊的讀/寫(xiě)操作。

命令/狀態(tài)寄存器（CSR）：旨在控制與檢測(cè)以太網(wǎng)操作過(guò)程。

介質(zhì)無(wú)關(guān)接口（MII）：包括兩個(gè)基本模塊，即MII I/O模塊和MII管理模塊。MII I/O模塊提供獨(dú)立的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)路徑和物理層網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信號(hào)輸入，MII管理模塊執(zhí)行2線(xiàn)串行通訊總線(xiàn)便于訪(fǎng)問(wèn)物理層寄存器。

地址檢測(cè)模塊（Address Check）：監(jiān)控所有輸入數(shù)據(jù)包的目的地址，根據(jù)CPU配置的過(guò)濾標(biāo)準(zhǔn)決定是轉(zhuǎn)發(fā)還是丟棄。地址檢測(cè)結(jié)果和幀類(lèi)型信號(hào)位一起由BCU存入數(shù)據(jù)包接收狀態(tài)字中。  

發(fā)送/接收緩沖寄存器（Tx/Rx）：DS80C410用8KB內(nèi)部SRAM作為發(fā)送/接收數(shù)據(jù)包的緩沖寄存器，CPU可用MOVX指令訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，BCU也可以訪(fǎng)問(wèn)SRAM，在需要存儲(chǔ)或找回以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包信息時(shí)可自動(dòng)讀/寫(xiě)緩沖寄存器。

電源管理模塊(Power Management)：可以通過(guò)CPU設(shè)定為休眠模式，在不處理以太網(wǎng)通信時(shí)以便節(jié)省電源[1]。

2.2  LXT972ALC簡(jiǎn)介

LXT972ALC是一個(gè)遵守快速以太網(wǎng)協(xié)議的接口收發(fā)芯片，支持10/100MAC的標(biāo)準(zhǔn)MII，它是物理層設(shè)備，完成參考模型中以IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)定義的物理編碼子層、物理媒體附加層和物理媒體獨(dú)立子層的功能。LXT972ALC設(shè)備實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3定義的MII提供了從MAC到LXT972ALC數(shù)據(jù)傳輸?shù)莫?dú)立通道。每一個(gè)通道都有各自的時(shí)鐘、數(shù)據(jù)總線(xiàn)和控制信號(hào)[3]。MAC每一次發(fā)送都使用先導(dǎo)模式，當(dāng)LXT972ALC檢測(cè)到先導(dǎo)符時(shí)，它發(fā)送一個(gè)幀開(kāi)始符，然后進(jìn)行編碼和發(fā)送數(shù)據(jù)包的剩余部分，包含包數(shù)據(jù)和CRC。當(dāng)包結(jié)束時(shí)，LXT972ALC發(fā)送包結(jié)束分解符，然后轉(zhuǎn)為發(fā)送空閑標(biāo)識(shí)符。