關鍵詞：數字信號處理 LAN91C111 TCP/IP 嵌入式以太網

在電子設備日趨網絡的背景下，目前廣泛使用的以太網及TCP/IP協議已經成為事實上最常用的網絡標準之一，它的高速、可靠、分層及可擴充性使得它在各個領域的應用越來越靈活，很多情況下運用以太網和TCP/IP能夠簡化結構和降低成本。目前關于嵌入式以太網的設計方案不是很多，其中大多是基于單片機的，缺點是速度慢、成本太高。DSP作為一種特殊的嵌入式微處理器系統，具有嵌入的協處理器和用于快速數據處理的并行數據通道，在嵌入式網絡設備中引入DSP技術可以使嵌入式以太網變得更快、更便宜、更容易進行功能擴充。本文介紹了基于TMS320LF2407型的嵌入式系統與LAN91C111型自適應10Mb/s/100Mb/s嵌入式以太網控制芯片的接口電路和實現方法。

2 LAN91C111

LAN91C111是SMSC公司為嵌入式應用系統推出的第三代快速以太網控制器。LAN91C111的芯片上集成了遵循SMSC/CD協議的MAC（媒體層）和PHY（物理層），符合IEEE802.3/802.U-100Base-Tx/10Base-T規范，其系統結構如圖1所示。該以太網控制器的主要功能如下：

·自適應地選傳輸速率，支持10Mb/s/100Mb/s；

·充分支持全雙工交換式以太網；

·支持突發數據傳輸；

·8k字節的內部存儲器用作接收發送的FIFO緩存；

·增強式能量管理功能；

·支持總線8位、16位、32位的CPU訪問；

·提前發送和接收。

LAN91C111以太網控制器遵循IEEE頒布的802.3以太網傳輸協議。其8-32位數據總線接口單元通過控制總線、地址總線和數據總線與外部的CPU相連。外部數據可以8位、16位或32位的方式與LAN91C111進行交換。該電路還集成了EEPROM接口，自舉時再通過EEOROM接口輸入到芯片中，從而實現自動初始化。總線仲裁器（Arbiter）用來監視以太網總線的數據交流情況，一旦發生阻塞，仲裁器一方面通過總線接口單元與外部CPU聯系，另一方面控制內存控制單元（MMU），實現總線數據協調。內存控制單元可控制8kB動態SRAM的存儲情況，實現與DMA控制器之間的數據聯絡。DMA控制器與總線控制器一起控制DMA與以太網協議處理器（EPH）之間的數據交換。以太網協議處理器（EPH）之間的數據交換。以太網協議處理器出來的數量最終經過10Mb/s/100Mb/s的物理層（PHY）直接到達以太網總線。

出于性價比的考慮，選用DSP控制器作為主CPU。TMS320LF2407是TI公司發布的一款高性價比的，適用于工業控制領域的DSP。該系列具有強大的指令系統、較強的靈活性、高速的數學處理功能及全新的內部結構，可廣泛用于通信、計算機、商業、工業、軍事等領域。TMS320LF2407是240X系列控制器中功能最強的一款，采用低功耗CMOS技術，具有30MI/s的執行速率，片上還集成了豐富的外圍部件（EVM、A/D模塊、CAN、SCI、SPI及JTAG）。TMS320LF2407的工作頻率較高（40MHz），存貯空間較大（高達32k字的FLASH程序存儲器，可擴展外部64k字存儲器，64k字I/O尋址空間），非常適合處理復雜的TCP/IP協議。

    由于LAN91C111是專為嵌入式系統設計的，因此，其外圍電路相對比較簡單。它和沒有DMA傳輸性能的16位DSP（TMS320LF2407）及TG110-S050N2型電磁耦合變壓器構成的嵌入式以太網結構如圖2所示。圖中，地址總線A1-A15相連。A0沒有被LAN91C111使用，懸空；數據總線D0-D15相連，用于16位數據傳輸。LAN91C111端D16-D32懸空；LAN91C111的片選信號AEN由DSP的外部I/O接口選通信號IS提供。二個元件的讀電平RD、寫電平WR分別相連。LAN91C111的中斷輸出信號INTRO送入DSP的外部中斷腳XINT1觸發中斷。嵌入式以太網通信模塊的電路原理如圖3所示。

4.1 μC/OS II實時操作系統的移植

μC/OS II是一種開放源碼的實時嵌入式操作系統，是一個可移植、可裁減、可固化的占先式多任務操作系統，已被應用到多種微處理器中，其大部分源碼是用ANSI C語言編寫的。移植工作包括以下幾個內容：

（1）用匯編語言改寫OS_CPU_A.ASM文件

該文件包括4個子程序：_OSStartHighRdy、OSCtxSw、OSIntCtxSw和OSTickISR。OSStartHighRdy()函數被OSStart()函數調用，功能是運行優先級最高的就緒任務；OSCtxSw()函數被OS Sched()函數調用，其功能是在任務級實現任務切換，任務切換用31號軟中斷來實現；OSIntCtxSw()函數只能在中斷子程序里被OSIntExit()函數調用，由于中斷的產生可能引起任務切換，因此