2.1复位电路
当ENC28J60的RESET引脚为低电平时ENC28J60工作在复位模式。RESET引脚内部有弱上拉电阻,应外接一只10 kΩ的上拉电阻。
2.2 时钟振荡器
ENC28J60工作频率为25 MHz。在OSC1和OSC2引脚之间连接无源晶体振荡器。ENC28J60要求使用平行切割的晶体。本设计采用连接至OSC1引脚的外部25 MHz有源晶体振荡器驱动,此时3.3V的外部时钟连接OSC1引脚,OSC2引脚可使用一只接地电阻或断开OSC2引脚以减少系统噪声。
2.3 网络变压器和其他外部元件
实现以太网接口控制,还需多个标准外部元件:网络变压器、偏置电阻、储能电容和去耦电容。
差分输入引脚(TPIN+/TPIN-)需用一个变比为1:1的网络变压器实现10BASET。差分输出引脚(TPOUT+/TPOUT-)需用一个变比为1:1、带中心抽头的脉冲变压器实现。变压器需具有2 kV或更高的隔离能力,以防止静电干扰。本设计采用Pulse公司的集成以太网隔离变压器H1102。
差分输入/输出引脚都需串联2只49.7 Ω、精度为1%的电阻和1只0.01μF的电容,本设计采用并联两只100 Ω电阻获得49.7 Ω、精度为1%的电阻。
所有的电源电压引脚必须连接至外部同一个33 V电源。同理,所有的接地必须连接至同一外部地。每个电源电压引脚和地之间应连接1只0.1μF的陶瓷去耦电容,该电容应尽可能地靠近电源电压引脚放置。
2.4 LED配置
LEDA引脚和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寄存器的默认设置驱动。本设计LEDB采用拉电流的方式点亮LED。复位时该位清零且PHY默认在半双工模式下工作。
3 系统软件设计
3.1 SPI接口
ENC28J60与微控制器MCU的连接通过SPI接口实现,支持10 Mb/s。但ENC28J60只支持SPI模式00,即CPOL=0和CPHA=0。另外,在空闲状态时SPI端口要求SCK为低电平,且不支持时钟极性选择。以下为SPI接口初始化的源代码:
3.2 TCP/IP协议栈的实现
考虑到单片机RAM存储空间的限制和具体应用要求,合理简化TCP/IP协议栈,选择实现ARP、IP、ICMP、TCP和HTTP协议。图2所示为精简的TCP/IP协议栈。
3.2.1 物理层接口的实现
物理层接口为ENC28J60的驱动程序,硬件方面是用ENC28J60的电路实现电缆的物理链接、介质访问控制、帧的发送与接收等功能,而与上层协议接口即为驱动程序,实现发送与接收数据帧。以下是其两个函数原型:
3.2.2 网络层协议的实现
网络层的协议包括ARP、IP、ICMP协议。网络间连接需知双方物理地址,而ARP协议是地址解析协议,实现IP地址到物理地址的转化。网际协议(IP)负责将消息从一个主机传送到另一个主机。ICMP协议是Internet控制消息协议,用于IP主机、路由器之间传递控制消息。控制消息是指网络是否畅通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身消息。图3所示是ping命令测试远程用户和设计的微型嵌人式Web服务器后的响应情况。
3.2.3 TCP、HTTP协议的实现
传输控制协议(TCP)负责收集信息包,并且将其按适当的次序传输,接收端接收后再将其正确还原。传输协议同时保证了数据包在传送中准确无误。而HTTP是基于TCP协议的超文本传输协议,嵌人式Web服务器在与远程用户端建立TCP连接后发送网页数据,在HTTP协议发送流程中,由于TCP报文数据字段有长度限制,网页资源一股被分成若干段进行分段传送。在远程用户端打开IE浏览器,在地址栏输入嵌人式Web服务器的地址。