摘 要：本文通過(guò)設(shè)計(jì)ARM芯片S3C4510B與網(wǎng)絡(luò)物理層芯片RTL8201BL的軟、硬件接口，實(shí)現(xiàn)了下位機(jī)和PC機(jī)之間基于UDP/IP協(xié)議的通信。克服了采用串口通信的一系列弊端，通過(guò)一根網(wǎng)線就可以輕松實(shí)現(xiàn)PC機(jī)和下位機(jī)控制器的數(shù)據(jù)傳輸。通信速率可達(dá)100Mbps滿足控制系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。在通信線路簡(jiǎn)單可靠的基礎(chǔ)上采用UDP/IP協(xié)議代替TCP/IP協(xié)議不僅提高了數(shù)據(jù)的傳輸效率也大大簡(jiǎn)化編程的復(fù)雜度。

關(guān)鍵詞：ARM S3C4510B RTL8201BL UDP/IP協(xié)議 PE68515

1 概述

　　串口通信技術(shù)在數(shù)據(jù)通信中的應(yīng)用極為廣泛。但是，其固有的通信距離小、抗干擾能力差等缺點(diǎn)使其無(wú)法滿足對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的現(xiàn)代工業(yè)控制。隨著近年來(lái)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和以ARM為代表的32位處理器的發(fā)展，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)ARM與PC機(jī)高速、可靠的通信已成為可能。

　　本文的主要目的是設(shè)計(jì)一種高速、可靠的通信方式，實(shí)現(xiàn)PC機(jī)和數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，克服傳統(tǒng)串口通信傳輸距離短，速度慢的缺點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用三星公司以ARM7為內(nèi)核的S3C4510B芯片，通過(guò)RTL8201BL和網(wǎng)絡(luò)變壓器PE68515實(shí)現(xiàn)和PC機(jī)的通信。

2 ARM芯片S3C4510B 簡(jiǎn)介

　　S3C4510B是基于以太網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的高性價(jià)比16/32位RISC微控制器，內(nèi)含一個(gè)由ARM公司設(shè)計(jì)的16/32位ARM7TDMI RISC處理器核。ARM7TDMI為低功耗、高性能的16/32核，特別適用于對(duì)功耗敏感的應(yīng)用場(chǎng)合，且價(jià)格低廉。三星公司在ARM7TDMI處理器核的基礎(chǔ)上擴(kuò)展了多個(gè)片內(nèi)外圍功能模塊以滿足不同的客戶需要。本設(shè)計(jì)采用S3C4510B芯片，因?yàn)樗闪艘粋€(gè)片內(nèi)Ethernet控制器。該控制器具有如下特點(diǎn)：

　　· 帶猝發(fā)模式的DMA引擎;

　　· DMA發(fā)送/接收緩沖區(qū)（256字節(jié)發(fā)送，256字節(jié)接收）;

　　· MAC發(fā)送/接收FIFO緩沖區(qū)（80字節(jié)發(fā)送，16字節(jié)接收）;

　　· 數(shù)據(jù)對(duì)準(zhǔn)邏輯;

　　· 支持端模式變換;

　　· 100M/10Mbps的工作速率;

　　· 與IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)完全兼容;

　　· 提供MII和7線制10Mbps接口;

　　· 站管理信號(hào)生成;

　　· 片內(nèi)CAM（可達(dá)21個(gè)目的地址）;

　　· 帶暫停特性的全雙工模式;

　　· 支持長(zhǎng)/短包模式;

　　· 包拆裝PDA生成。

3 RTL8201BL簡(jiǎn)介

　　RTL8201BL是我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)Realtek公司生產(chǎn)的一種網(wǎng)絡(luò)物理層芯片，它支持10/100Mbps網(wǎng)絡(luò)傳輸，符合IEEE802.3協(xié)議。它包括物理譯碼子層、物理介質(zhì)連接子層、雙絞線物理介質(zhì)相關(guān)子層、10Base-Tx譯碼/解碼、雙絞線介質(zhì)連接單元。支持PECL（正極射極耦合邏輯）電平接口的100Base-TX光纖發(fā)送器。適應(yīng)低電壓、低功耗要求。

　　RTL8201BL的主要引腳功能如下表1所示：
　　

4 硬件接口電路設(shè)計(jì)

　　本設(shè)計(jì)硬件接口電路如圖1所示：

　　1） S3C4510B和RTL8201BL對(duì)應(yīng)的引腳直接相連。其中RTL8201BL的RESETB引腳為復(fù)位引腳和S3C4510B的復(fù)位引腳nRESET連接。

　　2） RTL8201BL經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)變壓器PE68515后和PC機(jī)通過(guò)網(wǎng)線連接。

　　TPRX+和TPRX-為接收數(shù)據(jù)，TPTX+和TPTX-為發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　ANE接3.3V電源表示網(wǎng)絡(luò)可自動(dòng)識(shí)別用10M還是100M模式;Duplex接高電平使能全雙工方式;Speed接高電平則選擇網(wǎng)絡(luò)傳輸速度為100Mbit/s;LDPs接高電平允許進(jìn)入LDPs模式（沒(méi)有連接信號(hào)是進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)，可節(jié)電60%-80%）;MII/SNIB接高電平采用MII（介質(zhì)無(wú)關(guān)接口）模式。

　　RTSET通過(guò)5.9KΩ電阻接地，產(chǎn)生發(fā)送地驅(qū)動(dòng)電流;

　　3）PE68515為網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器，利用它的最大好處是網(wǎng)線可以很方便的帶電拔插，而不至于象RS232口那樣造成設(shè)備的損壞。

5 S3C4510B與RTL8201BL的軟件接口設(shè)計(jì)

　　S3C4510B集成了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制，支持IEEE802.3規(guī)則，采用TCP/IP模型。TCP/IP模

　　型共分為四層：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)間網(wǎng)層、網(wǎng)絡(luò)接口層（鏈路層和物理層）。如圖2所示：

　　本文根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)合的特點(diǎn)采用無(wú)連接的UDP/IP協(xié)議。該協(xié)議適用于一次傳輸交換少量報(bào)文（尤其是交易型應(yīng)用，比如數(shù)據(jù)庫(kù)查詢）的情形，其可靠性由應(yīng)用程序提供。它不像TCP/IP協(xié)議那樣要包容通信子網(wǎng)的各種不可靠因素，幾乎直接建立在IP協(xié)議之上，相對(duì)簡(jiǎn)單的多。UDP的價(jià)值在于其效率，當(dāng)通信子網(wǎng)相當(dāng)可靠時(shí)，UDP更是大有用武之地。

　　網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程可分為網(wǎng)絡(luò)初始化、接收控制、發(fā)送控制、接收以太包解析等四部分。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)簡(jiǎn)化的嵌入式TCP/IP協(xié)議棧，支持ARP、ICMP、IP和UDP協(xié)議，其中，UDP協(xié)議用于高速傳輸用戶數(shù)據(jù)。本文定義基于UDP的高速數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議如下：

　　（1） 送命令幀：上位機(jī)向下位機(jī)說(shuō)明傳輸過(guò)程，包括包的大小和數(shù)量;

　　（2） 收回應(yīng)幀：下位機(jī)向上位機(jī)發(fā)送接收就緒，啟動(dòng)上位機(jī)發(fā)送進(jìn)程;

　　（3） 發(fā)送數(shù)據(jù)幀：每次發(fā)送一個(gè)窗口大小的數(shù)據(jù)幀;

　　（4） 發(fā)送確認(rèn)幀：確認(rèn)已經(jīng)收到數(shù)據(jù);

　　（5） 重發(fā)未確認(rèn)：每發(fā)送完畢一個(gè)窗口，重發(fā)未確認(rèn)的幀。

6 小結(jié)

　　本文采用S3C4510B本身所帶的網(wǎng)絡(luò)控制器，通過(guò)一個(gè)物理層芯片RTL8201BL和網(wǎng)絡(luò)

　　變壓器PE68518實(shí)現(xiàn)和PC機(jī)網(wǎng)卡的連接，不僅硬件接口簡(jiǎn)單，而且軟件編程容易。采用UDP/IP協(xié)議又進(jìn)一步降低了編程的難度，并大大提高了通信效率。以上硬件和軟件設(shè)計(jì)已在所開發(fā)的雕刻機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中獲得成功應(yīng)用。

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