基于CO2128的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

　　隨著信息科學(xué)的快速發(fā)展， 人們對(duì)數(shù)據(jù)采集后的信號(hào)形式的要求越來越多， 單一的信號(hào)形式已經(jīng)沒有辦法滿足實(shí)際工程的需要。網(wǎng)絡(luò)信號(hào)、USB總線信號(hào)、RS232總線信號(hào)以及CAN總線信號(hào)等形式是目前應(yīng)用比較廣的總線形式， 但它們之間的互換仍然存在問題， 一直受到復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議所限。而對(duì)于網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的轉(zhuǎn)換， 都得通過復(fù)雜的算法才能實(shí)現(xiàn)， 因而無法滿足對(duì)時(shí)實(shí)性要求較高的場合。

　　1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　本文給出的基于CO2128器件的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)轉(zhuǎn)換平臺(tái)主要通過CO2128提供的端口來實(shí)現(xiàn)CAN總線、RS232總線、USB總線及網(wǎng)絡(luò)端口間的相互轉(zhuǎn)換。該設(shè)計(jì)在保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的前提下， 減少系統(tǒng)開銷和提高速度是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。通過設(shè)計(jì)，進(jìn)而能夠構(gòu)成一個(gè)中型/大型的遠(yuǎn)程監(jiān)控/數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)， 其中CAN-以太網(wǎng)設(shè)備的功能是實(shí)現(xiàn)從CAN總線數(shù)據(jù)到以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的“透明” 傳輸。本設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

?

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框架。

　　2 硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 CO2128簡介

　　CO2128SEC固件可支持10個(gè)同時(shí)主動(dòng)的TCP/UDP Socket 連接、兩個(gè)偵聽Socket 和一個(gè)加密SSL3/TLS1 Socket。其加密特性包括一個(gè)硬件隨機(jī)數(shù)字產(chǎn)生器、SHA-1/256 加密Hash 加速器、AES-128/192/256加密加速器、3DES和SSL3/TLSI、WEP、WPA以及WPA2 WiFi加密。同時(shí)還配置了在LAN/WiFi和PSTN/GRPS/CDMA間的路由IP包。在這種稱為iRouter的模式下， 多個(gè)iChip可在沒有AP的情況下組成一個(gè)ad-hoc網(wǎng)絡(luò)。

　　CO2128SEC可以在主處理器的內(nèi)存中保存Internet協(xié)議棧和配置參數(shù)。該固件能夠從CO2128SEC外部SPI Flash運(yùn)行。也可以通過RS-232、兩線制接口、SPI或USB來裝載固件。該芯片內(nèi)部包括一個(gè)32位ARM7TDMI RISC處理器內(nèi)核、256KB的SRAM以及可訪問外部存儲(chǔ)器或通訊設(shè)備的BUS， 同時(shí)集成了BootLoader， 能通過接口從主處理系統(tǒng)裝載固件。CO2128SEC的外圍設(shè)備包括帶有RMII的10/100 BaseT以太網(wǎng)MAC、USART、兩個(gè)SPI、兩線制接口、HPI和EBI高速并行接口。此外， 還具有多種節(jié)能工作模式。

　　iChipSec CO2128 器件克服了加密的端對(duì)端IP通訊的所有復(fù)雜障礙。它不需要大量地改編程序， 因?yàn)镃O2128 使用AT+i API， 因而從主機(jī)設(shè)備卸載了WiFi驅(qū)動(dòng)、安全加密和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等荷載， 從而大大減輕了主處理器的負(fù)擔(dān)。CO2128可支持LAN、WiFi和所有撥號(hào)上網(wǎng)/無線網(wǎng)絡(luò)接入類型， 它內(nèi)置充分安全的TCP/IP協(xié)議棧和上層協(xié)議(如SMTP、POP3、MIME、HTTP、WAP、FTP和Telnet)。同時(shí)包含一個(gè)完整的Web服務(wù)器， 可用于芯片參數(shù)配置和簡單的應(yīng)用程序管理。該芯片可利用十個(gè)同時(shí)的TCP/UDP Socket和二個(gè)偵聽的Socket 以及POP3、SMTP、MIME、FTP、Telnet、HTTP/HTTPS客戶端， 支持SerialNET模式。

　　而且在此模式下， iChip可截取AT+i命令并讓主設(shè)備進(jìn)入Internet模式。此后， iChip將透明發(fā)送主設(shè)備發(fā)來的任何AT命令到通訊設(shè)備。

　　2.2 DM9161收發(fā)器

　　DM9161是一種100/10M自適應(yīng)快速以太網(wǎng)物理層單片收發(fā)器， 可支持自動(dòng)路由功能和自動(dòng)的協(xié)議選擇功能。同時(shí)， 由于其內(nèi)部具有需延修整功能的網(wǎng)絡(luò)濾波器， 所以， 其外圍電路不需要增加濾波器， 這樣可以減小外部輔助電路。

　　2.3 DSP芯片

　　本設(shè)計(jì)中使用的DSP 是TI 公司的TMS320LF2407， 這款DSP具有SCI和CAN總線接口， 并可以通過簡單的程序快速地實(shí)現(xiàn)兩種信號(hào)的轉(zhuǎn)換。TMS320LF2407采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)， 供電電壓為3.3 V， 故可減小控制器的功耗。

　　30MIPS的執(zhí)行速度使得指令周期縮短到33 ns，從而提高了控制器的實(shí)時(shí)控制能力。

　　但在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)接口時(shí)， 要十分注意PCB板的信號(hào)線布局。通常要把網(wǎng)絡(luò)變壓器放在距離DM9161 和RJ45 插座盡量近的地方， 且距離DM9161不能超過20 mm； 把50Ω的終端電阻放在離網(wǎng)絡(luò)變壓器和DM9161的RX+-， TX+-引腳盡量近的地方。50歐電阻和RX、TX的接地電容需放在DM9161附近， 不能超過10 mm； 25 MHz晶體不能放在重要信號(hào)周圍。從DM9161的RX到網(wǎng)絡(luò)變壓器和RJ45的走線必須對(duì)稱、直接、平行并靠攏。不要走直角、走45度。布RX和TX時(shí)， 應(yīng)避免使用過孔。RX、TX、CLK和電源走線要求盡量短。RX和TX不能交叉， 相距要在3 mm以上，最好在之間布根地線。從DM9161的RX和TX對(duì)到RJ45之間不要走任何數(shù)字線路。要保持這兩對(duì)信號(hào)遠(yuǎn)離其它信號(hào)和大地。在網(wǎng)絡(luò)變壓器和RJ45下面決不能有地平面或電源平面。所有RJ45的終端引腳(4， 5， 7， 8) 和網(wǎng)絡(luò)變壓器必須緊靠在一起并通過一顆電阻和0.01 uF/2 kV 電容接地。

　　BANDGAP電阻必須布在盡量靠近47和48腳旁邊(不超過3 mm)。應(yīng)避免讓任何高速信號(hào)位于這個(gè)電阻附近(到晶振必須大于3 mm)。圖2所示是本系統(tǒng)物理層和網(wǎng)絡(luò)接口的硬件電路。

?

?

圖2 物理層及網(wǎng)絡(luò)接口的硬件電路。