基于ARM9的嵌入式网关的研究
发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:447
无所不在的网络给网络接入设备带来了巨大的发展机遇。而随着网络接入市场的迅速增长，嵌入式网络接入开始成为嵌入式系统技术中最令人关注的一个领域。在嵌入式网络技术的推动下将会形成这样一个局面：在网络上传输的信息中，将有70%的信息来自嵌入式系统，也许将有数以亿计的汽车、通信设备、家用电气以及工厂系统接入到不同网络中，然后再组成一个庞大的internet互联网。为此，本文研究了一种基于arm芯片和嵌入式操作系统linux，在以太网与rs -485总线之间的进行数据交换的嵌入式网关，以满足嵌入式设备的网络化功能需求。
硬件平台设计
设计的嵌入式网关以arm920t为核心的s3c2410微处理器，通过外扩存储器、以太网口、串口、jtag调试接口等构建硬件平台，其硬件结构框图如图1所示。
cpu设计
cpu是整个嵌入式系统的实时控制核心，它在工业以太网中作为智能节点的主控制器，是整个嵌入式网关的核心。本文选用以arm920t为核心的 s3c2410微处理器，s3c2410是32bit的risc微处理器，该处理器特别适用于手持式设备以及高性价比、低功耗的网络设备，它集成了lcd 控制器、usbhost、nand控制器、bus控制器、中断控制、功率控制、存储控制、uart、watchdog、spi、sdi/mmc、is、 ic、gpio、rtc、timer/pwm、adc等丰富的资源。
存储系统
嵌入式系统可根据需要定制存储空间。本文扩展了2片flash芯片和1片sdram。flash芯片主要有1片韩国现代公司的2mb16bit数据宽度的 flash芯片hy29lv160b191和1片韩国三星公司的16mb的nandflash芯片k9f2808uob1571，sdram芯片采用的是 1块韩国现代公司生产的sdramhy57v5616201。2mb的flash芯片hy29lv160b对应的地址空间映射到地址0x00000000 上，作为存储启动配置参数及异常/中断向量表的程序空间，系统复位后从其中读取指令执行程序；使用韩国现代公司的8mb的 sdramhy57v561620作为系统内存，对应地址空间映射在地址ox30000000开始，作为程序运行空间和数据空间，启动代码将系统映像复制到sdram后执行。
串口部分
串口部分设计使用了2路uart，其中，一路通过电平转换芯片max232，把3.3v的逻辑电平转换为rs-232-c的逻辑电平进行传输，实现arm 与pc机之间的通信，通过超级终端可在pc机上进行调试；另一路串行接口使用max1485进行电平转换，实现从rs-485上接收现场总线发送的信息。
jtag调试接口
在嵌入式系统中，芯片的烧写、调试都需要用到jtag调试接口，可满足实时地实现对程序的分析和执行的监控。jtag(joint test action group)是ieee的规范标准，它可以通过现有的jtag边界扫描与armcpu内核进行通信，属于完全非插入式(不占用片上资源)调试，它无需目标存储器，不占用目标系统的任何端口，而这些是普通的驻留监控软件所必需的。另外，jtag调试的目标程序是在目标板上执行的，仿真更接近于目标硬件，仿真结果与真实的运行环境更为接近，因此，逐渐成为采用更多的一种调试方式。
以太网接口
本文以太网接口中所使用的芯片有rtl8019as、74lvc4245、fb2022(网卡变压器)。rtl8019as是性价比高且带有即插即用功能的全双工以太网控制器，其主要特点包括：符合ethernetⅱ与ieee802.3标准；全双工，收发可同时达到10mb/s的速率，内置16kb的 sram，用于收发缓冲，减低对主处理器的要求；支持utp、aui、bnc自动检测，还支持对10baset拓扑结构的自动极性修正；允许4个诊断 led引脚编程输出。rtl8019as内部有2块ram区，1块16kb，地址为0x4000～0x7fff；1块32byte，地址为 0x0000～0x001f。ram按页存储，每256byte为1页。本方案中将rtl8019as的ram的前12页 (0x4000～0x4bfff)作为发送缓冲区；后52页(0x4c00～0x7fff)作为接收缓冲区；第0页只有32byte，用来存储以太网的物理地址。
rtl8019as芯片的引脚sa0～sa19为地址总线；sd0～sd15为数据总线；引脚int0接s32c410芯片的外部中断信号；引脚aen是地址使能脚，作为芯片的选通信号，将中断接到cpu的ngcs3地址映射到bank3。rtl8019as的地址空间范围是0x18000300～0x1800031f。引脚ios0～3设置为接地或空闲，表明rtl8019as内部寄存器总线地址从300h开
无所不在的网络给网络接入设备带来了巨大的发展机遇。而随着网络接入市场的迅速增长，嵌入式网络接入开始成为嵌入式系统技术中最令人关注的一个领域。在嵌入式网络技术的推动下将会形成这样一个局面：在网络上传输的信息中，将有70%的信息来自嵌入式系统，也许将有数以亿计的汽车、通信设备、家用电气以及工厂系统接入到不同网络中，然后再组成一个庞大的internet互联网。为此，本文研究了一种基于arm芯片和嵌入式操作系统linux，在以太网与rs -485总线之间的进行数据交换的嵌入式网关，以满足嵌入式设备的网络化功能需求。
硬件平台设计
设计的嵌入式网关以arm920t为核心的s3c2410微处理器，通过外扩存储器、以太网口、串口、jtag调试接口等构建硬件平台，其硬件结构框图如图1所示。
cpu设计
cpu是整个嵌入式系统的实时控制核心，它在工业以太网中作为智能节点的主控制器，是整个嵌入式网关的核心。本文选用以arm920t为核心的 s3c2410微处理器，s3c2410是32bit的risc微处理器，该处理器特别适用于手持式设备以及高性价比、低功耗的网络设备，它集成了lcd 控制器、usbhost、nand控制器、bus控制器、中断控制、功率控制、存储控制、uart、watchdog、spi、sdi/mmc、is、 ic、gpio、rtc、timer/pwm、adc等丰富的资源。
存储系统
嵌入式系统可根据需要定制存储空间。本文扩展了2片flash芯片和1片sdram。flash芯片主要有1片韩国现代公司的2mb16bit数据宽度的 flash芯片hy29lv160b191和1片韩国三星公司的16mb的nandflash芯片k9f2808uob1571，sdram芯片采用的是 1块韩国现代公司生产的sdramhy57v5616201。2mb的flash芯片hy29lv160b对应的地址空间映射到地址0x00000000 上，作为存储启动配置参数及异常/中断向量表的程序空间，系统复位后从其中读取指令执行程序；使用韩国现代公司的8mb的 sdramhy57v561620作为系统内存，对应地址空间映射在地址ox30000000开始，作为程序运行空间和数据空间，启动代码将系统映像复制到sdram后执行。
串口部分
串口部分设计使用了2路uart，其中，一路通过电平转换芯片max232，把3.3v的逻辑电平转换为rs-232-c的逻辑电平进行传输，实现arm 与pc机之间的通信，通过超级终端可在pc机上进行调试；另一路串行接口使用max1485进行电平转换，实现从rs-485上接收现场总线发送的信息。
jtag调试接口
在嵌入式系统中，芯片的烧写、调试都需要用到jtag调试接口，可满足实时地实现对程序的分析和执行的监控。jtag(joint test action group)是ieee的规范标准，它可以通过现有的jtag边界扫描与armcpu内核进行通信，属于完全非插入式(不占用片上资源)调试，它无需目标存储器，不占用目标系统的任何端口，而这些是普通的驻留监控软件所必需的。另外，jtag调试的目标程序是在目标板上执行的，仿真更接近于目标硬件，仿真结果与真实的运行环境更为接近，因此，逐渐成为采用更多的一种调试方式。
以太网接口
本文以太网接口中所使用的芯片有rtl8019as、74lvc4245、fb2022(网卡变压器)。rtl8019as是性价比高且带有即插即用功能的全双工以太网控制器，其主要特点包括：符合ethernetⅱ与ieee802.3标准；全双工，收发可同时达到10mb/s的速率，内置16kb的 sram，用于收发缓冲，减低对主处理器的要求；支持utp、aui、bnc自动检测，还支持对10baset拓扑结构的自动极性修正；允许4个诊断 led引脚编程输出。rtl8019as内部有2块ram区，1块16kb，地址为0x4000～0x7fff；1块32byte，地址为 0x0000～0x001f。ram按页存储，每256byte为1页。本方案中将rtl8019as的ram的前12页 (0x4000～0x4bfff)作为发送缓冲区；后52页(0x4c00～0x7fff)作为接收缓冲区；第0页只有32byte，用来存储以太网的物理地址。
rtl8019as芯片的引脚sa0～sa19为地址总线；sd0～sd15为数据总线；引脚int0接s32c410芯片的外部中断信号；引脚aen是地址使能脚，作为芯片的选通信号，将中断接到cpu的ngcs3地址映射到bank3。rtl8019as的地址空间范围是0x18000300～0x1800031f。引脚ios0～3设置为接地或空闲，表明rtl8019as内部寄存器总线地址从300h开
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