【正文】 復(fù)雜，而使用有以太網(wǎng)模塊的接口電路，構(gòu)建電路 簡單，軟件編程相對簡單，但缺點(diǎn)是造價(jià)高。從設(shè)計(jì)的選題到 資料 的搜集直至最后設(shè)計(jì)的修改的整個(gè)過程中，花費(fèi)了 沈 老師很多寶貴的 時(shí)間和精力，在此向?qū)煴硎局孕牡馗兄x！導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，開拓進(jìn)取的精神和高度的責(zé)任心都將使 我 受益終生！還要感謝和我 做 同一設(shè)計(jì) 的符永馨 同學(xué)，是她 在我平時(shí)設(shè)計(jì)中和我一起探討問題，并指出我設(shè)計(jì)上的 錯(cuò)誤 ，使我能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問題 并把 設(shè)計(jì)順利的進(jìn)行下去 。 無論是 從開始的 定 研究 方向還是 后來的 查資料過程中，一直都耐心地給予我指導(dǎo)和意見 。 然而，由于設(shè)計(jì)時(shí)間的限制與本人能力的欠缺，本文尚有以下不足： （ 1）本文主要是基于嵌入式系統(tǒng)的以太網(wǎng)接口電 路的硬件設(shè)計(jì)，只研究了各個(gè)重要芯片的主要引腳介紹及連接方法，對整個(gè)系統(tǒng)中傳輸?shù)男盘柡蛿?shù)據(jù)介紹的不夠詳細(xì)和全面。該芯 片可應(yīng)用于從低端微控制器與復(fù)雜的 SoC系統(tǒng)多種場合 。最后在相應(yīng)的電路上加上去耦電容，得到電壓轉(zhuǎn)換電路。 外部存儲器分為程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。 一個(gè)主晶振可驅(qū)動(dòng)整個(gè) 小系統(tǒng)， STM32內(nèi)嵌的出廠前調(diào)校的 8MHz的 RC時(shí)鐘振蕩電路可做主時(shí)鐘源 (HSE)， 另外系統(tǒng)還需要一個(gè)時(shí)鐘源用于嵌入式 RTC的 40MHz晶振，即 (LSE)。若需要用串口下載代碼，則需把 BOOT0、 BOOT1都分別設(shè)為 1和 0。 電路圖如圖 圖 復(fù)位電路 啟動(dòng)電路設(shè)計(jì) 啟動(dòng) 模式選項(xiàng)由 S2（ BOOT0）和 S3（ BOOT1）配置。一般微機(jī)電路正常工作需要供電電源為 5V177。外部模擬電壓輸入引腳 VDDA引腳用于 ADC、復(fù)位 模塊等，必須連接到兩個(gè)外部穩(wěn)定電容上，而 VSSA和 4個(gè) VSS引腳都接地。具體設(shè)計(jì)原理與相關(guān)設(shè)計(jì)圖如下詳述。 (2)存儲器的工作電壓為 ～ V (3)高可靠性 — 耐用性， 100,000 個(gè)周期 — 數(shù)據(jù)保持時(shí)間：大于 100 年 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 18 頁 共 32 頁 (4)低功耗（ 14Hz 時(shí)） — 有效電流： 12mA — 自動(dòng)低功耗模式： 4uA (5)快速讀訪問時(shí)間： 79ns (6)快速擦寫和字編程 — 扇區(qū)擦除時(shí)間： 18ms — 塊擦除時(shí)間： 18ms — 芯片重寫時(shí)間： 15s 如圖 為 SST39VF160 引腳圖 圖 SST39VF160 引腳 主要引腳介紹 (1)A19～ A0：地址輸入 (2)DQ15～ DQ0：數(shù)據(jù)輸入輸出 (3)CE：芯片使能，為低電平時(shí)啟動(dòng)器件開始工作 (4)OE：輸 出使能，數(shù)據(jù)輸出緩沖器的門控信號 (5)WE：寫使能，控制寫操作 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 19 頁 共 32 頁 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 硬件電路總體設(shè)計(jì) 硬件電路的設(shè)計(jì)必須考慮系統(tǒng)成本、處理速度、體積、功耗等問題，包括中央處理器、只讀存儲器、可讀寫存儲器、外圍的控制電路以及相關(guān)的外設(shè)。當(dāng) CE或 OE為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)總線呈現(xiàn)高阻態(tài)。 SST39VF160 的讀操作有 CE和 OE控制，只有兩者都是低電平時(shí)，系統(tǒng)才能從器件的 輸出管腳獲得數(shù)據(jù)。由于不管對于任何的電壓范圍， SuperFlash 技術(shù)都消耗很少的電流，使用很短的擦除時(shí)間，因此 SST39VF160 在擦除或編程操作中消耗的能量小于其它 Flash 技術(shù)制造而成的器件。SST39VF160 的 100,000 個(gè)周期的耐用性和大于 100 年的數(shù)據(jù)保持時(shí)間，使其可廣泛用于設(shè)計(jì)，制造和測試等應(yīng)用中。低觸發(fā)寫入使能引腳（ /WE）將完全控制存儲器的寫入和讀取。 IS61lv51216是 44pin 的 TSOP封裝形式，高度可靠的工藝水準(zhǔn)加上創(chuàng)新的電路設(shè)計(jì)技術(shù)，造就了這款高性能，低功耗 的器件。位反轉(zhuǎn)的問題更多見于 NAND 閃存 ， NAND 的供應(yīng)商建議使用 NAND 閃存的時(shí)候 ， 同 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 15 頁 共 32 頁 時(shí)使用 EDC/ECC 算法 即錯(cuò)誤探 測 /錯(cuò)誤更正算法 。在某些情況下 (很少見 ,NAND 發(fā)生的次數(shù)要比 NOR 多 )， 一個(gè)比特位會發(fā)生反轉(zhuǎn)或被報(bào)告反轉(zhuǎn)了。對于需要擴(kuò)展 MTBF 的系統(tǒng)來說 ,Flash 是非常合適的存儲方案。 NAND 的擦除單元更小 ,相應(yīng)的擦除電路更少 [29]。 1． 下面分析 NOR 和 NAND 的主要區(qū)別： (1)性能比較 擦除 NOR器件時(shí)是以 64～ 128KB的塊進(jìn)行的 ,執(zhí)行一個(gè)寫入 /擦 除操作的時(shí)間為5s,與此相反 ,擦除 NAND器件是以 8～ 32KB的塊進(jìn)行的 ,執(zhí)行相同的操作最多只需要4ms。 NOR 的特點(diǎn)是芯片內(nèi)執(zhí)行 (XIP,eXecuteInPlace),這樣應(yīng)用程序可以直接在flash 閃存內(nèi)運(yùn)行 ,不必再把代碼讀到系統(tǒng) RAM 中。但是經(jīng)過了十多年之后 ,仍然有相當(dāng)多的硬件工程師分不清 NOR 和 NAND 閃存。由于受到數(shù)碼設(shè)備強(qiáng)勁發(fā)展的帶動(dòng)， NAND 閃存一直呈現(xiàn)指數(shù)級的超高速增長。 NAND 閃存的缺點(diǎn)在于讀速度較慢，它的 I/O 端口只有 8 個(gè)，比 NOR 要少多了。因此，這種編碼也稱為相位編碼。 曼徹斯特編碼提供一個(gè)簡單的方式給編 碼簡單的二進(jìn)制序列而沒有長的周期沒有轉(zhuǎn)換級別，因而防止 時(shí)鐘同步 的丟失，或來自低頻率位移在貧乏補(bǔ)償?shù)哪M鏈接位錯(cuò)誤。按用途可分為電源 EMI濾波器和信號 EMI濾波器；按濾波頻譜特性可分為高通濾波器、低通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器 ；按電磁模量特征可分為差模濾波器和共模濾波器。 (3)網(wǎng)絡(luò)變壓器的主要 作用是改善 EMI特性、電平隔離 。結(jié)果記錄在 INTR寄存器中，這個(gè)寄存器可用軟件用來保 護(hù)中斷 IORB：輸入輸出讀指令端 IOWB：輸入輸出寫指令端 SMEMRB：存儲器讀命令 SMEMWB：存儲器寫命令 ,用來閃存寫命令解碼 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 11 頁 共 32 頁 TEST：必須接地 BGRES：帶隙引腳 BGGND：帶隙地信號線 RX+， RX：這是 AUI接收端對 MAU接收微分輸入信號的進(jìn)位 TX+， TX：這是一對傳輸輸出的包含微分線性的驅(qū)動(dòng)器，它用來發(fā)送滿切斯特編碼數(shù)據(jù)到 MAU。當(dāng) I/O接口收到結(jié)束信號后，一方面停 止 I/O設(shè)備的工作，另一方面向 CPU提出中斷請求，使 CPU從不介入的狀態(tài)解脫，并執(zhí)行一段檢查本次 DMA傳輸 操作正確性的代碼。 — DMA傳輸， DMA控制器獲得 總線控制權(quán)后， CPU即刻掛起或只執(zhí)行內(nèi)部操作，由 DMA控制器輸出讀寫命令，直接控制 RAM與 I/O接口進(jìn)行 DMA傳輸。即 DMA傳輸前， CPU要把總線控制權(quán)交 給 DMA控制器，而在結(jié)束 DMA傳輸后， DMA控制器應(yīng)立即把總線控制權(quán)再交回給 CPU[20]。在這個(gè)時(shí)間中 ， CPU對于其他的工作來說就無法使用 [18]。按照 協(xié)議的模型功能劃分，可將 10Mb/s 以太網(wǎng)控制器的功能模塊劃分為介質(zhì)存取控制（ MAC）子層、接入單元接口 (AUI)、介質(zhì)接入單元（ MAU）和物理信號規(guī)范 (PLS)等 4 部分 [16]。如果校驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)報(bào)文錯(cuò)誤，則將收到的報(bào)文丟棄并發(fā)送一個(gè) NAK 否定應(yīng)答幀 [13]。發(fā)送時(shí)，將發(fā)送來的數(shù)據(jù)按照特定的格式并加上前導(dǎo)碼、幀定界符燈裝配成幀，并進(jìn)行 CRC 校驗(yàn)。 (4)啟動(dòng)引導(dǎo)模塊引腳：共 2個(gè)引腳，分別是 BOOT0和 BOOT1，用于選擇不同的啟動(dòng)方式。從經(jīng)濟(jì)成本考慮，選取 100引腳的 STM32F103VET6芯片 。 (3)易于開發(fā) ST公司提供了完整、高效的開發(fā)工具和庫函數(shù)，幫助開發(fā)者縮短開發(fā)時(shí)間，能使產(chǎn)品迅速的進(jìn)入市場。 該芯片還具有多項(xiàng)其它同類產(chǎn)品無法企及的優(yōu)點(diǎn) (1)使用最新的、先進(jìn)架構(gòu)的 CortexM3 內(nèi)核 該芯片采用 ARMv7 的全新 CortexM3 內(nèi)核，具有多項(xiàng)新增的增強(qiáng)架構(gòu)，集成了多種系統(tǒng)外設(shè)，滿足不同應(yīng)用對成本與性能的要求，具有內(nèi)存小、高集成、低功耗的特點(diǎn)。 80個(gè)快速 I/O 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 6 頁 共 32 頁 — 所有可以映像到 16個(gè)外部中斷 每個(gè)通用輸入輸出接口（ GPIO）都可以由軟件配置成輸出，輸入（帶或不帶）或其它的外設(shè)功能口。 STM32F103VET6主要特點(diǎn) ： ARM 32位的 CortexTM M3 CPU — 72MHz， — 單周期乘法和硬件除法 — 從 32K字節(jié)至 128K字節(jié)的閃存程序存儲器 — 從 6K字節(jié)至 20K字節(jié)的 SRAM ，復(fù)位和電源管理 — I/O管腳 — 上電 /斷電復(fù)位，可編程電壓檢測器 — 內(nèi)嵌 4至 16MHz高速晶體振蕩器 — 內(nèi)嵌經(jīng)出廠調(diào)校的 8MHz的 RC振蕩器 — 內(nèi)嵌 40KHz的 RC振蕩器 — PLL供應(yīng) CPU時(shí)鐘 — 睡眠，停機(jī)和待機(jī)模式 — VBAT為 RTC和后備存儲器供電 睡眠模式，只有 CPU停止，所有外設(shè)處于工作狀態(tài)并可以發(fā)生中斷 /事件是喚醒CPU 停機(jī)模式，在保持 SRAM和寄存器內(nèi)容不丟失的情況下，停機(jī)模式可以達(dá)到最低的電能消耗。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)為，將一個(gè)復(fù)雜的設(shè)計(jì)分成不同功能的模塊解決，芯片分工明確且避免了相關(guān)底層驅(qū)動(dòng)沖突等問題，但缺點(diǎn) 是 工作量加大。 二． 結(jié)合相關(guān)以太網(wǎng)知識選取以太網(wǎng)控制芯片 RTL8019AS，并結(jié)合 20F001N 和RJ45 接口構(gòu)成外圍電路?？梢韵嘈?，隨著互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步普及和發(fā)展，以太網(wǎng)技術(shù)將會得到更為廣泛的應(yīng)用。在傳輸速度方面，以太網(wǎng)從出現(xiàn)至今的 20 多年的發(fā)展時(shí)間里，運(yùn)行速度提高了兩個(gè)數(shù)量級，從 80年代的 10Mbps到 90年代的 100Mbps、 1000Mbps，再到現(xiàn)今的 10Gbps。共享以太網(wǎng) CSMA／ CD 技術(shù)來避免沖突，即發(fā)送方檢測到?jīng)_突就暫停發(fā)送，隨機(jī)延遲一段時(shí)間后再重新發(fā)送直到成功 [3]。 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 2 頁 共 32 頁 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 以太網(wǎng)是一種采用載波偵聽多路訪 N／沖突檢測 (CSMA／ CD)和介質(zhì)存取控制(MAC)協(xié)議在共 享介質(zhì)上傳輸數(shù)據(jù)的技術(shù)。 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 1 頁 共 32 頁 1 引言 研究背景及意義 隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式技術(shù)得到廣闊的發(fā)展空間，特別是進(jìn)入 20 世紀(jì) 90