| 摘要：針對近年來工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備愈來愈多的上網(wǎng)需求,提出一種利用Intel嵌入式微處理器386EX設(shè)計(jì)智能以太網(wǎng)卡的技術(shù)方法。通過對系統(tǒng)硬件及軟件的設(shè)計(jì)描述,說明利用此方案設(shè)計(jì)的智能以太擴(kuò)展模塊能夠?qū)崿F(xiàn)基于PC104總線的工業(yè)設(shè)備的快速上網(wǎng)需求。 關(guān)鍵詞：PC104總線 嵌入式 微處理器 以太網(wǎng) 引言 近幾年來,PC機(jī)技術(shù)向嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域滲透的步伐逐漸加大,嵌入式PC機(jī)以其超小的體積、極低的功耗散熱,無需機(jī)箱和底板就可直接疊裝組合成各種系統(tǒng)而受到用戶的歡迎,因而具有巨大的應(yīng)用潛力。早期的嵌入式PC機(jī)產(chǎn)品是基于8位和16位的ISA總線的標(biāo)準(zhǔn)化母板的PC機(jī),后來又開發(fā)出多種小型化嵌入式PC產(chǎn)品。當(dāng)前,國際上小型化嵌入式PC產(chǎn)品中,較有代表性的當(dāng)數(shù)PC104,其尺寸僅為9.14cm×9.65cm,不用插板和總線母板,模塊之間采用層疊式封裝。PC104與ISA規(guī)范完全兼容。因此,用戶能夠充分利用目前被廣泛認(rèn)可的PC結(jié)構(gòu)體系、現(xiàn)有的軟硬件資源,提供自己的需求組合成更多的功能,開發(fā)出新型的PC104產(chǎn)品,以大大縮短產(chǎn)品開發(fā)周期及成本。 隨著信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用中往往存在大量的設(shè)備上網(wǎng)的需求。目前,為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng),工業(yè)設(shè)備都必須以網(wǎng)絡(luò)終端的形式出現(xiàn)在系統(tǒng)中。由于工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)備的多樣性和分布性,智能模塊方式的嵌入式終端已成為主流設(shè)備控制方式,而這種網(wǎng)絡(luò)終端大多用單片機(jī)或數(shù)字信號處理器來實(shí)現(xiàn)。在功能單一及性能要求不高的情況下,采用8位或16位的MCU往往滿足了現(xiàn)場要求。隨著硬件成本的降低及市場上需要更大功率、復(fù)雜而功能豐富的嵌入應(yīng)用的增加,在嵌入式處理器的高端產(chǎn)品市場上,32位機(jī)器得到了很大的成長空間。典型的有Advanced RISC Machines公司的ARM系列、IBM及Motorola公司的PowerPC、Silicon Graphics公司的MIPS芯片等。Intel公司也在它原有的X86系列中專門增加了一種產(chǎn)品系列386EX,其軟件與其它X86微處理器保持完全一致�；诖�,本文提出了一種利用Intel 386EX嵌入式微處理器設(shè)計(jì)智能以太網(wǎng)擴(kuò)展模塊NP104的方法。利用此模塊,可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用中基于PC104或工業(yè)PC的智能電子設(shè)備快速上網(wǎng)的需求。
1 基本組成及功能概述 NP104是一款支持PC104總線的智能以太網(wǎng)擴(kuò)展模塊。NP104占用PC104總線（或ISA總線）上的一段存儲器空間（約4KB）,通過高速雙口RAM與主系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)。NP104智能網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展模塊的主要功能包括以下兩方面：實(shí)時(shí)接收系統(tǒng)CPU提交的數(shù)據(jù),按照TCP/IP協(xié)議進(jìn)行封裝,通過板的以太網(wǎng)控制接口發(fā)往目的地;自動接收網(wǎng)絡(luò)上發(fā)來的數(shù)據(jù),并進(jìn)行解包得到應(yīng)用數(shù)據(jù),放入雙口RAM供系統(tǒng)CPU讀取。 NP104主要針對基于PC104或工業(yè)PC的智能電子設(shè)備,需要快速實(shí)現(xiàn)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用領(lǐng)域而設(shè)計(jì)的。由于是通過雙口RAM與系統(tǒng)CPU交換數(shù)據(jù),客戶只需在現(xiàn)有設(shè)備中加插1張NP104板卡,在程序中增加簡單的幾行代碼,即可實(shí)現(xiàn)通過網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)的目的,最大限度地縮短新產(chǎn)品的入市時(shí)間。另外,NP104支持DOC2000大容量電子盤,可實(shí)現(xiàn)嵌入式Web服務(wù)器等高級網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。 圖1是NP104的硬件功能框圖。從圖1可知,NP104是一個(gè)基于Intel 386EX的完整嵌入式系統(tǒng),其主要技術(shù)指標(biāo)如下： *僅使用PC104的XT總線部分,可與所有PC104主板或帶PC104接口的工控PC主板配合使用; *系統(tǒng)CPU對NP104上的雙口RAM讀寫速度不低于500 KB/s,保證PC104讀寫速度不影響網(wǎng)絡(luò)傳輸速度; *NP104上386EX的工作時(shí)鐘為40MHz,一般指令周期100ns,滿足絕大部分應(yīng)用的需求; *標(biāo)準(zhǔn)10Mbps以太網(wǎng)接口,10Base-T連接方式; *雙口RAM占用的存儲器空間可配置; *可使用PC104的IRQ5中斷資源,以便快速響應(yīng)通信請求; *標(biāo)準(zhǔn)PC104板卡尺寸（96mm×90mm）。 NP104內(nèi)部主要技術(shù)指標(biāo)為： *48MHz Intel386EX高性能、32位微處理器; *512KB Flash存儲器,帶磁盤文件驅(qū)動軟件接口; *10Base-T以太網(wǎng)控制接口,NE2000兼容; *1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)RS232C串口（9線）; *可直接支持M-System公司的DiskOnChip2000系列大容量電子盤芯片; *供電電壓：5（1±0.05）V,工作電流570mA; *標(biāo)準(zhǔn)PC104尺寸：96mm×90mm,提供標(biāo)準(zhǔn)安裝孔; *工作溫度-10～65℃,工作濕度為5%～95%,滿足國際GB7261第21章規(guī)定的電子產(chǎn)品濕熱試驗(yàn)要求; *NP104可保證不影響其嵌入的整機(jī)對圖像GB6162規(guī)定的干擾試驗(yàn)以及國際GB/T14598.10規(guī)定的參級快速瞬變干擾試驗(yàn)的通過。 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明 NP104內(nèi)部是一個(gè)以386EX為核心的嵌入式系統(tǒng),通過雙口RAM與PC104主CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。以下把NP104擴(kuò)展板內(nèi)CPU稱為386EX,PC104上的系統(tǒng)CPU稱為主CPU。作為10 Mbps以太網(wǎng)接口,采用8位數(shù)據(jù)總線寬度即可滿足應(yīng)用需求。雙口RAM器件選用4K×8bit的IDT7134LA,器件封裝為PLCC52。 雙口RAM數(shù)據(jù)區(qū)定義如表1所列。 從表1可看出,雙口RAM被分成2個(gè)基本部分,分別對應(yīng)主CPU從NP104板中讀取來自于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用數(shù)據(jù),以及主CPU把應(yīng)用數(shù)據(jù)寫入NP104緩沖區(qū),NP104按照命令作相應(yīng)的操作。以下詳細(xì)描述每一數(shù)據(jù)段的功能定義。
表1 |
66821730(技術(shù)支持)
