以太网控制器ENC28J60及其接口技术
容易统一到5 V系统中去:SPI、CS、 SCK、SI输入和RESET引脚一样,都可承受5 V电压。当SPI和中断输入与3.3 V驱动的CMOS输出不兼容时,可能需要一个单向的电平转换器。74HCT08 (四与门), 74ACT125(四三态缓冲器)和许多具有TTL电平输入的5 V CMOS缓冲器芯片都可以提供所需的电平转换。
2.7 LED配置
LEDA和LEDB引脚在复位时支持极性自动检测。既可直接驱动LED,又可灌电流驱动。复位时ENC28J60检测LED的连接,并按照PHLCON寄存器的默认设置来驱动。运行过程中的LED极性转换直到下一次系统复位后才能被检测到。LEDB的连接比较特殊,在复位过程中检测它的连接,决定如何初始化PHCON1寄存器的PDPXMD位。如果LEDB直接驱动LED,则PHCON1.PDPXMD位被清零,PHY工作在半双工模式;如果LEDB吸收反向电流点亮LED,则PHCON1.PDPXMD被置位,PHY工作在全双工模式;如果LEDB没有连接,则PHCON1.PDPXMD复位后的值不确定。这时主控制器必须适当设置该位,以使PHY工作在所需的状态(半双工或全双工)。
3 软件接口
3.1 SPI接口
SPI接口( Serial Peripheral Interface )是一种同步、全双工串行接口,基于主从配置,是一个4线接口——主出/从入(MOSI),主入/从出(MISO),串行时钟(SCK),从机选择(SSEL)。
在同一总线上可以有多个主机或者从机,但同一时刻只能有一个主机和一个从机能够进行通信。在一次数据传输过程中,数据是同步进行发送和接收的:主机向从机发送1字节数据,从机也向主机返1字节数据。数据传输原则上是全双工的;但实际上,大多数情况下只有一个方向上的数据流包含有意义的数据。
SPI格式的主要特性是SCK信号的无效状态和相位,数据传输的时钟由主机提供。常用的时钟设置基于时钟极性(CPOL)和时钟相位(CPHA)两个参数,CPOL定义SPI串行时钟的活动状态,而CPHA定义相对于从机输出数据位的时钟相位。CPOL和CPHA的设置决定了数据取样的时钟沿。
取决于CPOL和CPHA的设置不同,SPI共有4种模式,如表1所列。
3.2 ENC28J60与单片机的连接
ENC28J60与微控制器MCU的连接是通过SPI实现的,支持10 Mbps。对于没有SPI接口的芯片可通过用I/O口模拟SPI接口的方式实现。ENC28J60仅支持SPI模式0,0。
微控制器可通过SPI接口发送命令,访问ENC28J60的寄存器或读写接收/发送缓冲区,完成相关操作。复位也可通过SPI接口由软件实现,软件复位不影响RESET引脚的状态。
ENC28J60有两个中断输出,分别用于事件中断触发和网络唤醒主机。
CPU采用LPC2138用宏定义实现SPI口读写操作。SOSPDR为SPI数据寄存器,该双向寄存器为 SPI提供发送和接收的数据,发送数据通过写该寄存器提供,SPI接收的数据可从该寄存器读出。SOSPSR为SPI状态寄存器。在对SPI接口进行操作之前需对其初始化。下面给出读/写SPI接口的源代码。
#define READSPI( Val )
{
S0SPDR = 0x00;
while( 0 == (S0SPSR 0x80));
Val = S0SPDR;
}
#define WRITESPI( Val )
{
if ( 0 == (S0SPSR 0x40) ) {
S0SPDR = Val;
while( 0 == (S0SPSR 0x80) );
}
}
亦可用LPC2138的SSP来连接ENC28J60,需将其设置为SPI模式。应当注意到SSP有8帧的收/发 FIFO,如果处理不当将造成读/写错误。因为缓冲区的存在可能破坏读/写ENC28J60的时序。
对于没有SPI接口的单片机可采用普通I/O口模拟的方法实现SPI主机。此时须注意静态时时钟的无效状态和相位,以及输出数据位出现的时间;对ENC28J60操作期间片选必须保持有效(低电平),操作结束后返回低电平。根据ENC28J60的读/写波形很容易写出模拟SPI主机的程序。笔者曾在AT89S51上实现了模拟SPI主机读/写MCP2515的操作。
4 结论
笔者在LPC2138+ENC28J60+HR901170A平台上实现了以太网通信。相对于其他方案,该系统极为精简。对于没有开放总线的单片机,虽然有可能采用模拟并行总线的方式连接其他以太网控制器,但不管从效率还是性能上,都不如用SPI接口或采用通用I/O口模拟SPI接口连接ENC28J60的方案。
可以看出,ENC28J60是极具特色的独立以太网控制器:SPI接口使得小型单片机也能具有网络连接功能;集成MAC和PHY无需其他外设;具有可编程过滤功能,可自动评价、接收或拒收多种信息包,减轻了主控单片机的处理负荷;内部继承可编程的8 KB双端口SRAM缓冲器,操作灵活方便。不足之处为仅支持10BASET。
参考文献
[1] Microchip Technology Inc. ENC28J60 StandAlone Ethernet Controller with SPI Interface. http://www.microchip.com/.
[2] Philips Semiconductors. LPC213x User Manual. http://www.philipsmcu.com/.
[3] 周立功,张华,等. 深入浅出ARM7——LPC213x/LPC214x(上册). 北京:北京航空航天大学出版社,2005.
- 基于DSP/FPGA的以太网控制器的运动控制器设计(02-06)
- 优化以太网控制器满足嵌入式联网需求(06-06)
- 单片机以太网控制器W7100A数据手册(五)(11-26)
- 位单片机与以太网控制器RTL8029接口的VHDL设计(09-30)
- 单片机与以太网控制器RTL8029接口的VHDL设计(02-29)
- 一种嵌入式Web服务器的设计方案(01-08)