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基于ARM9和ARMLinux的嵌入式网络接口控制器设计

基于ARM9和ARMLinux的嵌入式网络接口控制器设计

摘要：随着工业以太网技术的发展，以太网已经渗透到控制系统网络的控制层和设备层。然而，大量的工业现场设备没有安装网络接口，只是通过串行端口进行通信，因此不能直接接入以太网。随着技术的发展，32位微处理器已经成为嵌入式应用领域的主流。本文选择32位微处理器S3C2410为嵌入式接口控制器，作为实现以太网数据和串行口数据之间相互转换的主要芯片。此控制器不需要改变原有的设备，仅增加网络接口就可以使传统的串行接口设备通过标准的TCP/IP协议连接到因特网。

关键词：ARM9;ARMLinux；串口；以太网；嵌入式

1引言

目前，随着局域网技术的广泛应用，以太网已经在工业自动化和进程控制领域越来越多的应用。传统的控制系统主要采用的是以太网的信息层，或者在控制层和应用层采用不同位现场总线和专业网络。目前，随着工业以太网技术的发展，以太网已经渗透到控制层和设备层，基于以太网的控制网络最典型的应用形式就是Ethernet+TCP/IP，并且它的最底层就是以太网。网络层和传输层采用的是国际公认的标准TCP/IP协议。然而，对于数量庞大的工业现场设备，例如NC机械，机器人，PLC，仪器和传感器等，由于他们没有网络接口，最常用的通信方式是RS232/485/422串行端口，所以不能直接连接到以太网。因此，如何以最低的成本改变传统串行端口设备，而使其通过TCP/IP协议连接到因特网是很多企业面临的一个问题。

随着半导体工业和IC技术的发展，以微处理器或微控制器为核心的嵌入式系统正在迅速的发展，并且在无线通信，网络设备和工业控制等领域已经得到了广泛的应用。本文设计的基于ARM9和ARMLinux操作系统的嵌入式网络接口控制器，在传统的串口设备上配备网络接口，实现了串行端口数据和以太网数据相互转换。

2嵌入式网络接口控制器工作原理

嵌入式网络接口控制器选择DM9000E芯片作为以太网控制器，在以太网的顶层完成数据的交换。32位微处理器S3C2410和嵌入式Linux操作系统用于实现协议和数据处理，并将处理的数据传递到底层设备终端。从设备终端接收的数据通过数据处理和协议实现，然后通过DM9000E传送到因特网。功能实现框图如图1所示。

图1功能实现框图

2.1嵌入式网络接口控制器硬件平台

如图2为嵌入式网络接口控制器硬件平台的全部连接框图。系统选择ARM9内核ARM9TDMI的32位微处理器S3C2410作为主控制芯片。S3C2410处理器是由三星公司生产的基于ARM公司ARM920T的处理内核，最高运行速率达203MHz。系统的FLASH闪存选择由英特尔公司生产的28F128芯片，SDRAM选择由两片HY57V561620芯片组成的32位存储系统。

DM9000以太网控制器芯片高度集成、单片、高速、低成本，并且具有通用处理器接口。它是10/100M自适应网卡收发器，具有4K双字节静态存取存储器。它具有低功耗、高性能的特征，支持3.3V到5V供电。DM9000提供一个可以连接到HPNA设备和其他支持MII接口的收发器的MII接口。通过不同的处理器同样支持8位、16位、32位接口接入内部存储器。支持IEEE802.3u规范和IEEE802.3x全双工数据流控制。来自HanRunElectronic有限公司的网络隔离变压器HR601627用于DM9000和RJ45接口之间的连接。HR601627具有信号传送、阻抗匹配、波形修复、杂波抑制、高压隔离和系统安全保护的功能。

图2嵌入式网络接口控制器的硬件结构框图

2.2嵌入式操作系统的选择

目前，在市场上有许多受欢迎的嵌入式操作系统产品，这里根据实际情况我们选择嵌入式Linux操作系统。原因如下：

1.Linux可以应用于多种类型的硬件平台。由于其具有吸引RD项目的开发时间和成本，已经成功移植于多种类型的硬件平台。原型可以在标准硬件平台上进行开发，然后移植到专用硬件，可以加速软件和硬件的开发时间。

2.源码开源，是最吸引人的一点。无疑，可以节省很多的开发费用。

3.Linux具有强大的网络支持。微内核提供直接的网络支持，并且Linux不需要像其它操作系统一样挂载TCP/IP协议包，因为它是在网络基础上发展起来的。

在系统设计的过程中，网卡驱动和TCP/IP协议是实现的关键。通过选择，协议栈已经被嵌入，TCP/IP协议从而得以实现。嵌入式Linux操作系统支持多种类型的网卡，例如10M、100M、1000M的以太网卡，令牌环和无线局域网等。对于DM9000和它的NE2000兼容的以太网控制器，嵌入式Linux系统提供了很好的支持，在移植的过程中，只需要修改源代码和安装相应的模块