摘 要：本文通過設計ARM芯片S3C4510B與網(wǎng)絡物理層芯片RTL8201BL的軟、硬件接口，實現(xiàn)了下位機和PC機之間基于UDP/IP協(xié)議的通信。克服了采用串口通信的一系列弊端，通過一根網(wǎng)線就可以輕松實現(xiàn)PC機和下位機控制器的數(shù)據(jù)傳輸。通信速率可達100Mbps滿足控制系統(tǒng)對實時性的要求。在通信線路簡單可靠的基礎上采用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化編程的復雜度。

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

1 概述

　　串口通信技術在數(shù)據(jù)通信中的應用極為廣泛。但是，其固有的通信距離小、抗干擾能力差等缺點使其無法滿足對實時性要求較高的現(xiàn)代工業(yè)控制。隨著近年來網(wǎng)絡技術和以ARM為代表的32位處理器的發(fā)展，通過網(wǎng)絡實現(xiàn)ARM與PC機高速、可靠的通信已成為可能。

　　本文的主要目的是設計一種高速、可靠的通信方式，實現(xiàn)PC機和數(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。本設計采用三星公司以ARM7為內(nèi)核的S3C4510B芯片，通過RTL8201BL和網(wǎng)絡變壓器PE68515實現(xiàn)和PC機的通信。

2 ARM芯片S3C4510B 簡介

　　S3C4510B是基于以太網(wǎng)應用系統(tǒng)的高性價比16/32位RISC微控制器，內(nèi)含一個由ARM公司設計的16/32位ARM7TDMI RISC處理器核。ARM7TDMI為低功耗、高性能的16/32核，特別適用于對功耗敏感的應用場合，且價格低廉。三星公司在ARM7TDMI處理器核的基礎上擴展了多個片內(nèi)外圍功能模塊以滿足不同的客戶需要。本設計采用S3C4510B芯片，因為它集成了一個片內(nèi)Ethernet控制器。該控制器具有如下特點：

　　· 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)對準邏輯;

　　· 支持端模式變換;

　　· 100M/10Mbps的工作速率;

　　· 與IEEE802.3標準完全兼容;

　　· 提供MII和7線制10Mbps接口;

　　· 站管理信號生成;

　　· 片內(nèi)CAM（可達21個目的地址）;

　　· 帶暫停特性的全雙工模式;

　　· 支持長/短包模式;

　　· 包拆裝PDA生成。

3 RTL8201BL簡介

　　RTL8201BL是我國臺灣地區(qū)Realtek公司生產(chǎn)的一種網(wǎng)絡物理層芯片，它支持10/100Mbps網(wǎng)絡傳輸，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 硬件接口電路設計

　　本設計硬件接口電路如圖1所示：

　　1） S3C4510B和RTL8201BL對應的引腳直接相連。其中RTL8201BL的RESETB引腳為復位引腳和S3C4510B的復位引腳nRESET連接。

　　2） RTL8201BL經(jīng)過網(wǎng)絡變壓器PE68515后和PC機通過網(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)絡可自動識別用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)絡傳輸速度為100Mbit/s;LDPs接高電平允許進入LDPs模式（沒有連接信號是進入節(jié)電狀態(tài)，可節(jié)電60%-80%）;MII/SNIB接高電平采用MII（介質(zhì)無關接口）模式。

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

　　3）PE68515為網(wǎng)絡隔離變壓器，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口那樣造成設備的損壞。

5 S3C4510B與RTL8201BL的軟件接口設計

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

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

　　本文根據(jù)具體應用場合的特點采用無連接的UDP/IP協(xié)議。該協(xié)議適用于一次傳輸交換少量報文（尤其是交易型應用，比如數(shù)據(jù)庫查詢）的情形，其可靠性由應用程序提供。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，相對簡單的多。UDP的價值在于其效率，當通信子網(wǎng)相當可靠時，UDP更是大有用武之地。

　　網(wǎng)絡通信過程可分為網(wǎng)絡初始化、接收控制、發(fā)送控制、接收以太包解析等四部分。整個網(wǎng)絡是一個簡化的嵌入式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：上位機向下位機說明傳輸過程，包括包的大小和數(shù)量;

　　（2） 收回應幀：下位機向上位機發(fā)送接收就緒，啟動上位機發(fā)送進程;

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

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

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

6 小結(jié)

　　本文采用S3C4510B本身所帶的網(wǎng)絡控制器，通過一個物理層芯片RTL8201BL和網(wǎng)絡

　　變壓器PE68518實現(xiàn)和PC機網(wǎng)卡的連接，不僅硬件接口簡單，而且軟件編程容易。采用UDP/IP協(xié)議又進一步降低了編程的難度，并大大提高了通信效率。以上硬件和軟件設計已在所開發(fā)的雕刻機數(shù)控系統(tǒng)中獲得成功應用。

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