【正文】 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。 本論文選取以太網(wǎng)變壓器 20F001N，如圖 20F001N引腳圖 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 12 頁 共 32 頁 圖 20F001N引腳圖 20F001N是有共振電感的 10階 T型濾波器，它有以下特點(diǎn)： （ 1） 輸入損耗：發(fā)射器最大 1分貝，接收器最大 1分貝 （ 2） 回波損耗：最小為 15分貝 （ 3） 聲道 干擾：當(dāng)頻率為 1— 10Hz時(shí)最小為 30分貝 （ 4） 有 7個(gè)發(fā)射極點(diǎn)， 5個(gè)接收極點(diǎn) 主要引腳介紹： TD+， TD：傳輸數(shù)據(jù) RD+， RD：接收數(shù)據(jù) RX+， RX：這是 AUI接收端對 MAU接收微分輸入信號(hào)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 曼徹斯特編碼數(shù)據(jù)到 曼徹斯特編碼（ Manchester Encoding），也叫做相位編碼 (PE)，是一個(gè)同步時(shí)鐘編碼技術(shù)，被物理層使用來編碼一個(gè)同步位流的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)。按用途可分為電源 EMI濾波器和信號(hào) 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。 (5)數(shù)據(jù)泵是消費(fèi)級 PCI網(wǎng)卡上都具備的設(shè)備，數(shù)據(jù)泵也被叫做網(wǎng)絡(luò)變壓器或可稱為網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器。 (3)網(wǎng)絡(luò)變壓器的主要 作用是改善 EMI特性、電平隔離 。 以太網(wǎng)變壓器芯片選擇 (1)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)變壓器簡稱網(wǎng)絡(luò)變壓器 具 體有 T1/E1隔離變壓器； — ISDN/ADSL接口變壓器 ； — VDSL高通 /低通濾波器模塊、接口變壓器； — T3/E SDH、 64KBPS接口變壓器； — 10/100BASE、 1000BASETX網(wǎng)絡(luò)濾波器； 根據(jù)設(shè)計(jì)要求選用 20F001N以太網(wǎng)變壓器。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(chǔ)器讀命令 SMEMWB：存儲(chǔ)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(hào)線 RX+， RX：這是 AUI接收端對 MAU接收微分輸入信號(hào)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。 主要引腳介紹 ： VDD： 5V RST：硬件復(fù)位接口，高電平有效 ANE：地址使能腳， ISA信號(hào)對有效的輸入輸出命令必須是低電平 INT7— 0： 中斷請求總線：能夠分別 IRQ15,IRQ12,IRQ10,IRQ5,IRQ4,IRQ3,IRQ2/9. 唯一一條線被選擇在一個(gè)時(shí)間里反映中斷請求。當(dāng) I/O接口收到結(jié)束信號(hào)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。開始時(shí)需提供要傳送的數(shù)據(jù)的起始位置和數(shù)據(jù)長度。 — 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。當(dāng) CPU執(zhí)行完當(dāng)前總線周期即可釋放總線控制權(quán)。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]。 當(dāng) CPU初始化這個(gè)傳輸動(dòng)作傳輸動(dòng)作本身是由 DMA控制器來實(shí)行和完成 DMA傳輸 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 10 頁 共 32 頁 對于高效能嵌入式系統(tǒng)算法和網(wǎng)絡(luò)是很重要的 [19]。在這個(gè)時(shí)間中 ， CPU對于其他的工作來說就無法使用 [18]。它實(shí)際上是雙端口的 RM，是指由兩 A套總線連接到該 RAM，一套總線RTL8019AS讀或?qū)懺?RAM，即本地 DMA；另一套總線是單片機(jī)讀或?qū)懺?RAM，即遠(yuǎn)程DMA[17]。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(hào)規(guī)范 (PLS)等 4 部分 [16]。這項(xiàng)功能包括載波監(jiān)聽、發(fā)送時(shí)間等。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]。接收時(shí)，判斷報(bào)文的目的地址是否為本機(jī)地址，如果是，對報(bào)文進(jìn)行校驗(yàn)。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)。 其功能大致可分為以下兩種 。 (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。 (2)系統(tǒng)復(fù)位引腳： NRST，外接復(fù)位電路。從經(jīng)濟(jì)成本考慮，選取 100引腳的 STM32F103VET6芯片 。 本設(shè)計(jì)選取 STM32系列芯片的主要原因除了其優(yōu)異的性能與低廉的價(jià)格之外，能 連接外部以太網(wǎng)控制芯片 獨(dú)立完成 以太網(wǎng)接口電路 的設(shè)計(jì)。 (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。通過廣泛采用 時(shí)鐘選通等技術(shù)，改進(jìn)了每個(gè)時(shí)鐘周期的性能，包括單周期的 32*32乘法和硬件除法，獲得了優(yōu)異的性能比，與之前的 ARM7TDMI相比，運(yùn)行速度最多可快 35%且代碼最多可節(jié)省 45%[11]。 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)。 所有的 GPIO管腳都有大電流通過能力。 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。 待機(jī)模式，在待機(jī)模式下可以達(dá)到最低的電能消耗。 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(chǔ)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(chǔ)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。 芯片的選擇 根據(jù)設(shè) 計(jì)要求，本論文主要下面幾種主要芯片 : (1)主控芯片 (2)以太網(wǎng)控制芯片 (3)以太網(wǎng)變壓器芯片 (4)存儲(chǔ)器芯片 主控芯片的選擇 本文需要選取一個(gè)方便易用且有較之其他同類功能的芯片有較大優(yōu)點(diǎn)的微控制芯片 ，所以選擇了 ST公司的 STM32F103VET6芯片 ， 該芯片能遠(yuǎn)優(yōu)于其它同類芯片得益于其先進(jìn)架構(gòu)的 CortexM3內(nèi)核 的 CPU核心 ， 獨(dú)立的 16kb指令緩存和 16kb的數(shù)據(jù)高速緩存 ， ST公司針對各種不同市場應(yīng)用與性能需求提供了一整套完整的優(yōu)化解決方案 ， 其中的 STM32系列主要針對價(jià)格敏感的微控制應(yīng)用領(lǐng)域而專門設(shè)計(jì) ，強(qiáng)調(diào)了操作的確定性，以及性能、功耗與價(jià)格的平衡 [6]。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。本文按照 先 確定大框架開始 ，然后逐步細(xì)化到每個(gè)芯片之間的連接， 首先確定設(shè)計(jì)的方案，之后是微控制芯片的選取，其中包含選取該芯片的原因、該芯片的優(yōu)點(diǎn)與芯片簡單介紹，硬件電路 平臺(tái)的 搭建， 然后連接電路構(gòu)成最終可用電路圖 [4]。 二． 結(jié)合相關(guān)以太網(wǎng)知識(shí)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。在 深入剖析 以太網(wǎng)傳輸規(guī)范協(xié)議的基礎(chǔ)上 ，選擇單獨(dú)一個(gè) 沒有 以太網(wǎng) 模塊功能的 ARM 芯片作為主控芯片 外接一個(gè)以太網(wǎng)控制芯片構(gòu)成以太網(wǎng)接口電路 ，所選芯片型號(hào)為 ST 公司的最新CortexM3 核的 STM32 系列芯片 嵌入式芯片 作為主控芯片， 完成 以太網(wǎng)接口電路 功能的設(shè)計(jì)?？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(huì)得到更為廣泛的應(yīng)用。目前，在國內(nèi)外的工業(yè)領(lǐng)域，由以太網(wǎng)與工業(yè)現(xiàn)場相結(jié)合的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)正處于研究和初步應(yīng)用之中，成為工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的一種可行的解決方案。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。近年來出現(xiàn)的交換以太網(wǎng)(SwitchedEther)克服了這一缺點(diǎn)。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]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球 85％的網(wǎng)絡(luò)采用了以太網(wǎng)技術(shù)。 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)。這些不同版本的處理器內(nèi)核，雖一脈相承，但應(yīng)用背景不同，例如， ARM7 系列處理器針對功耗和陳本要求比較苛刻的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的；而ARM9 系列處理器主要應(yīng)用于下一代 的無線設(shè)備； SecurCore 則是專為安全設(shè)備而定制的 [2]。 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 年代以來，嵌入式技術(shù)的發(fā)展和普及更為引人注目，已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)控制、通信類和消費(fèi)類產(chǎn)品發(fā)展的方向，在通信領(lǐng)域，眾多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如 VOIP，WirelessLAN， ADSL 等都包含有大量嵌入式技術(shù)的成份，廣播電視在向數(shù)字化的趨勢發(fā)展， DVB， DAB 技術(shù)也逐漸在全面推廣起來，個(gè)人消費(fèi)類產(chǎn)品，如 PDA、數(shù)碼相