TMS320C54x DSP的以太网接口设计

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TMS320C54x DSP的以太网接口设计

摘要：介绍以太网控制器RTL8019AS的主要性能特点、引脚功能及寄存器，给出了利用RTL8019AS实现TMS320C54x DSP与以太网互连的接口电路，接口方式为跳线模式。通过该接口可实现DSP与DSP或DSP与PC机间的网络互连。    关键词：以太网 DSP 接口
以太网产品供应商多、用户组网方便、费用低。以太网是当今最受欢迎的局域网之一，而数字信号处理器（DSP）正加速进入嵌入式应用领域，如何将DSP与以太网连接起来，实现DSP与DSP或DSP与计算机间的网络互连显得非常重要。 目前还未见到自带以太网接口的DSP，本文介绍以太网控制器RTL8019AS的主要特点、性能及操作方法，并给出TMS320C54x DSP[1]（以下简称C5402）通过RTL8019AS与以太网互连的接口方法。
1 RTL8019AS介绍
RTL8019AS[2]是台湾readlted公司生产的以太网控制器，支持IEEE802.3；支持8位或16位数据总线；内置16KB的SRAM，用于收发缓冲；全双工，收发同时达到10Mbps；支持10Base5、10Base2、10BaseT,并能自动检测所连接的介质，在ISA总线网卡中占有相当比例。RTL8019AS与主机有3种接口模式，即跳线模式、PnP模式和RT模式。本文主要介绍便于DSP应用的跳线模式，因此下面主要介绍与跳线模式有关的引脚、寄存器及操作。
1.1 引脚介绍
RTL8019AS可提供100脚的TQFP封装，其引脚可分为电源及时钟引脚、网络介质接口引脚、自举ROM及初始化EEPROM接口引脚、主处理器接口引脚、输出指示及工作方式配置引脚。由于本文主要讨论非PC环境下的以太网接口，该接口不必具有即插即用功能（PnP）和远程自举加载功能，因此不介绍RTL8019AS与自举ROM、初始化EEPROM接口的引脚。其余各部分引脚的功能如表1所示。

表1 RTL8019AS部分引脚

与网络介质接口引脚
AUI	输入	用于外部MAU检测
CD+，CD-	输入	AUI冲突，接收来自MAU的冲突
Rx+,Rx-	输入	AUI接收，接收MAU的输入信号
Rx+,Tx-	输出	AUI发送，往MAU的输出信号
TPRx,TPRx-	输入	从双绞线接收的差分输入信号
TPRx，TPTx-	输出	发往双绞线的差分输出信号
与主处理器接口的引脚
AEN	输入	I/O端口操作允许
INT7～0	输出	中断输出
IOCS16	输出	16位I/O口方式
IOR IOW	输入	端口读、写控制
IOCHRDY	输出	I/O通道准备好
SMEMR SMEMW	输入	存储器读、写控制
RSTDRV	输入	复位
SA 19～0	输入	20位地址总线
SD 15～0	双向	16位数据总线
发光二极管输出引脚
LEDBNC	输出	介质类型指示
LED0、LED1、LED2	输出	指示控制器的工作状态
工作方式配置引脚
JP	输入	置位时选择跳线模式，复全时选择无跳线模式
PNP	输入	置位时进入PnP模式（JP=0）
IOS3～0	输入	I/O口基地址选择
PL1～0	输入	介质类型选择
IRQS2～0	输入	用于在INT70中选择一个作为断输出

1.2 寄存器介绍
RTL8019AS片内寄存器分为NE2000寄存器组和PnP寄存器组（本文不介绍PnP寄存器组）。NE2000寄存器组地址如表2所示。NE2000寄存器分为4页，都映射到16个I/O端口地址上。主机通过命令寄存器（CR）中的PS0、PS1位来寻址不同的页，通过16个I/O口地址来寻址页内寄存器。

表2 RTL8019AS 寄存器地址表

	page0		page1	page2	page3
	[R]	[W]	[R/W]	[R]	[R]	[W]
00	CR	CR	CR	CR	CR	CR
01	CLDA0	PSTART	PAR0	PSTART	9346CR	9346CR
02	CLDA1	PSTOP	PAR1	PSTOP	BPAGE	BPAGE
03	BNRY	BNRY	PAR2	-	CONFIG0	-
04	TSR	TPSR	PAR3	TPSR	CONFIG1	CONFIG1
05	NCR	TBCR0	PAR4	-	CONFIG2	CONFIG2
06	FIFO	TBCR1	PAR5	-	CONFIG3	CONFIG3
07	ISR	ISR	CURR	-	-	-
08	CRDA0	RSAR0	MAR0	-	CSNSAV	-
09	CRDA1	RSAR1	MAR1	-	-	HLTCLK
0A	8019ID0	RBCR0	MAR2	-	-	-
0B	8019ID1	RBCR1	MAR3	-	INTR	-
0C	RSR	RCR	MAR4	CRC	-	-
0D	CNTR0	TCR	MAR5	TCR	-	-
0E	CNTR1	DCR	MAR6	DCR	-	-
0F	CNTR2	IMR	MAR7	IMR	-	-
10～17	Remote DMA Port
18～1F	Reset Port

1.3 RTL8019AS与主机的接口模式
RTL8019AS与主机的接口模式有三种，即跳线模式、PnP模式和RT模式，见表3。

表3 RTL8019AS的接口模式

JP引脚	PnP引脚	93C46中的PnP位	配置模式	配置来源	Initiation Key
1	x	x	跳线	跳线器	RT
0	1	x	PnP	93C46	RT and PnP
0	x	1	PnP	93C46	RT and PnP
0	0	0	RT	93C46	RT

（1）跳线模式 这种模式与早期的网络控制器兼容。RTL8019AS的端口基地址、中断口等都由开关或跳线器决定。跳线模式简单，但配置资源麻烦。
（2）PnP模式 与微软的PnP协议兼容。在这种模式下，RTL8019AS的端口基地址、中断口等都由EEPROM93C46设定，但需要进行PnP芯片的识别，不便与DSP接口。
（3）RT模式 为了避免PnP模式下的PnP芯片识别和配置过程，readlted公司提供RT模式。在RT模式下，RTL8019AS的端口基地址、中断口等也是由EEPROM93C46决定的。
2 RTL8019AS与传输介质的连接
RTL8019AS可与双绞线或同轴电缆接口，连接方法如图1所示。介质选择由引脚PL1、PL0决定，另外，RTL8019AS还自动测试介质连接是否成功。
图1中，NS8392是同轴电缆驱动/接收器，其电源应与RTL8019AS的电源隔离，一般使用一个DC-DC电源转换器得到该隔离电源。16PT-005A内有3个耦合变压器，用来传输信号，同时抑制来自介质的共模噪声/干扰。20F001N是双绞线驱动/接收器，内部也有2个传输变压器。
3 DSP与RTL8019AS的接口
为了简化DSP网络接口的软、硬件设计，不使用远程自举加载功能，并且选用跳线接口模式。用C5402的扩展I/O口代替跳线器对RTL8019AS进行初始化配置，这样既省去了93C46，又避免了跳线器更改变资源配置的麻烦。RTL8019AS的总线接口是与ISA总线兼容的，虽然不能与C5402的外部总线直接接口，但是只要进行一些简单的逻辑变换就可以了。另外，C5402的总线电平是3.3V的，而RTL8019AS的接口电路是5V的，二者接口时要使用电平转换器。C5402与RTL8019AS的接口如图2所示。
（1）地址总线 RTL8019AS的20根地址线主要是为了读/写自举ROM，对于I/O端口寻址来说只要16根地址线就足够了，因此将DSP的地址总线A0～A15与RTL8019AS的地址总线SA0～SA15相连，而SA16～SA19全部接地。由于DSP系统无DMA控制器，因此将RTL8019AS的AEN引脚也接地。
（2）数据总线RTL8019AS的IOCS16引脚接高电平，选择16位数据总线方式，并且使用了电平转换器。
（3）中断连接 虽然RTL8019AS有7个中断输出，但只要从中选择一个送往C5402的外部中断输入口就可以了。中断接口也使用了电平转换器。
（4）读/写控制C5402的I/O口控制信号IS、IOSTRB、R/W等信号经过74HACT139译码后与RTL8019AS的IOR、IOW连接。由于C5402的I/O口读/写速度很快，因此将RTL8019AS的IOCHRDY信号与C5402的外设准备好信号READY相连。另外，将SMEMR和SMEMW引脚接高电平，屏蔽了远程自举加载功能。
（5）初始化配置 用C5402的一个扩展输出口代替跳线器来指定RTL8019AS的I/O口基地址、中断输出口、介质类型，并用一个输出信号作为RTL8019AS的复位信号。RTL8019AS复位结束时采样这些配置引脚，并根据引脚状态初始化其内部的配置寄存器。

4 RTL8019AS的编程
可以用查询方式或中断方式对RTL8019AS进行操作[3]。RTL8019AS复位初始化后，程序员应对表2中的部分寄存器进一步初始化，然后才能发送数据或接收数据。RTL8019AS内置16KB的SRAM，可作为接收缓冲区和发送缓冲区。缓冲区分为64页，页范围为0x40～0x80，每页256个字节。由PSTART和PSTOP寄存器来设定接收缓冲器的页范围，由RSAR0、1和RBCR0、1寄存器来设定发送缓冲器的页范围。CURR指向接收到帧的起始页，Boundary指向还未读帧的起始页。当CURR到达了接收缓冲页的底部与PSTOR相等时，CURR又会指向PSTART处。
（1）查询方式 在查询方式下，通过CURR和Boundary两个寄存器的值来判断是否收到一帧数据。当Boundary与CURR不等时，说明接收缓冲区接收到了新的帧，主程序读取数据后，以读取帧的第二个字节（下一帧的页地址）更新Boundary，主程序循环跟踪CURR和Boundary达到接收数据的目的。主程序发送一帧数据时，先要查TSR寄存器判断上一帧是否发送完毕。
（2）中断方式 在实际的DSP应用系统中常采用中断方式。当一帧数据发送结束、接收到一帧数据或出错等事件发生时，RTL8019AS向DSP申请中断，DSP响应中断后根据中断状态寄存器的内容进行相应的处理。
RTL8019AS性价比高，与DSP连接方便，二者的结合将大大拓宽DSP的应用范围。带有以太网接口的DSP应用系统可以通过双绞线或同轴电缆与PC机构成一个高速局域网，并且DSP可以通过PC机接入互连网，进一步延伸DSP的应用领域。