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基于W3150A_的虚拟仪器通用以太网接口设计
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2020-10-23
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为了在虚拟仪器设计中使用以太网总线来将数据采集系统纳入局域网甚至Internet,从而实现虚拟仪器的网络化,文中给出了一款基于TCP/IP协议专用芯片的以太网接口的设计方法。此接口选用Altera公司的FPGA芯片EPM570GT100C4,并配合专用协议集成芯片W3150A+和物理层芯片RTL8201,可成功实现以太网的数据传输。
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基于基于W3150A_的虚拟仪器通用以太网接口设计的虚拟仪器通用以太网接口设计
为了在虚拟仪器设计中使用以太网总线来将数据采集系统纳入局域网甚至Internet,从而实现虚拟仪器的网络
化,文中给出了一款基于TCP/IP协议专用芯片的以太网接口的设计方法。此接口选用Altera公司的FPGA芯片
EPM570GT100C4,并配合专用协议集成芯片W3150A+和物理层芯片RTL8201,可成功实现以太网的数据传
输。
0 引言引言
虚拟仪器以其性价比高、开放性强等优势迅速占领了市场, 并成为测控仪器新的经济增长点。步入信息化时代最显着的
标志就是信息网络在各行业中的渗透和普及, 其中
而以太网总线则有可能代替现行的其他总线方式而成为虚拟仪器数据采集系统的首选
1 以太网接口的总体设计以太网接口的总体设计
1.1 以太网接口设计方案选择以太网接口设计方案选择
以太网接口的设计通常有三种方案: 其一是采用FPGA实现物理层、网络层、接入层和传输层等各层的描述, 该方案要
自行实现复杂的
本设计采用第三种接口方案, 即采用专用的TCP/IP协议集成芯片, 并由FPGA实现对协议处理芯片的控制, 从而实现以
太网数据传输。协议处理芯片选用内部固化了TCP/IP协议的W3150A+并配合物理层芯片RTL8201, 该方法硬件电路相对简
单, 并可利用逻辑硬件实现, 从而使系统设计更加简单、紧凑。
1.2 以太网控制芯片以太网控制芯片W3150A+简介简介
W3150A+是WIZnet公司专门为以太网互联和嵌入式系统推出的TCP/IP协议栈芯片。W3150A+能够实现TCP、UDP、IP
Ver.4、DHCP、ARP和ICMP等协议, 同时, 网络接口层(包括MAC子层和DLC子层) 也可在该芯片中实现。同时还能提供四
路网络连接, 其内部有16KB的双口RAM可作为数据缓冲区, 并可支持全双工模式, 同时带有标准的MII接口, 可方便连接
物理层接口芯片。
此外, WIZnet公司还提供了Socket API程序包,可以加速应用程序的开发。
图1所示是W3150A+芯片的结构框图。由图1可见, W3150A+主要由4部分组成。其中第一部分是MCU接口。
W3150A+提供有直接总线接口、间接总线接口和SPI 总线接口。既适合与类似8051单片机的总线连接, 也非常适合与只有IO
口而没有总线接口的控制器连接; 第二部分是TCP/IP协议栈。W3150A+已经完全固化了从MAC层、网络层到传输层所需要
的协议, 因此, 用户无需了解这些协议的具体实现方法和实现代码; 第三部分是接收和发送缓冲区, 通过以太网进行通信的
数据就是通过这些缓冲区来交换的; 第四部分是以太网物理层接口(MII接口)。W3150A+可以与物理层芯片RTL8201无缝连
接, 从而实现10/100BaseT以太网物理接口。
图1 W3150A+芯片结构图
W3150A+内部的寄存器分为两个存储器和两类寄存器。两个存储器分别用于数据传输的输入和输出, 两类寄存器分别是
通用寄存器和端口寄存器, 每类寄存器都含有大量的状态字控制寄存器。下面简要介绍比较重要的状态字控制寄存器。
Sn_MR: 端口n模式寄存器, 该寄存器用于设置端口的选项或协议类型;
Sn_CR: 端口n命令寄存器, 该寄存器用来设置端口的初始化、关闭、建立连接、断开连接、数据传输以及命令接受
等;
Sn_IR: 端口n中断寄存器, 该寄存器用于显示建立和中止连接、接收数据、发送完成以及时间溢出等信息;
Sn_PORT: 端口n的端口号寄存器, 该寄存器可在TCP或UDP模式下设定对应的端口号;
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