嵌入式系统以太网接口电路设计毕业设计开题报告.docx

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嵌入式系统以太网接口电路设计毕业设计开题报告

毕业设计开题报告

学生姓名：

学号：

学院、系：

信息与通信工程学院电气工程系

专业：

自动化

设计题目：

嵌入式系统以太网接口电路设计

指导教师:

2012年3月15日

毕业设计开题报告

1．结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：

文献综述

一：

研究背景及意义

随着微电子技术和计算机技术的发展，嵌入式技术得到广阔的发展空间，特别是进入20世纪90年代以来，嵌入式技术的发展和普及更为引人注目，已经成为现代工业控制、通信类和消费类产品发展的方向，在通信领域，众多网络设备如VOIP，WirelessLAN，ADSL等都包含有大量嵌入式技术的成份，广播电视在向数字化的趋势发展，DVB，DAB技术也逐渐在全面推广起来，个人消费类产品，如PDA、数码相机、MP3播放器等产品都离不开嵌入式技术的支持，嵌入式技术在ATM、可视电话、汽车的ABS等产品中也都有大量的应用，此外，军事领域之中也处处可见嵌入式技术的身影，如单兵信息终端，便携式保密机，战场指挥系统等，可以说，嵌入式系统已经渗透到人们日常生活以至国家安全防御体系之中[1]。

嵌入式技术发展的核心是嵌入式微控制芯片技术的发展，当今微控制芯片功能变得越来越强，种类更为繁多，如MIPS，PowerPC，X86，ARM，PIC等，但这些嵌入式处理器受到价格以及兼容性等因素要求的限制，应用状况有所不同，MIPS和PowerPC处理器市场定位较高，对于成本敏感的应用并不合适，而x86系列处理器要与8068、286、386等保持兼容性，使用相同的指令集，从而限制了CPU系统性能的提高，当今嵌入式领域中使用最为广泛的是基于ARM体系结构的嵌入式处理器，其占据了80％以上的32位嵌入式处理器市场份额，从发展之初至今，ARM公司已经推出ARM7，ARM9，ARM9E，ARM10，SecurCore以及Intel的StrongARM和Xscale等一系列的产品。

这些不同版本的处理器内核，虽一脉相承，但应用背景不同，例如，ARM7系列处理器针对功耗和陈本要求比较苛刻的应用而设计的；而ARM9系列处理器主要应用于下一代的无线设备；SecurCore则是专为安全设备而定制的[3][4]。

技术的发展要与实际应用相结合，才能体现出技术进步的价值，嵌入式系统的发展正如日中天，基于ARM核嵌入式微处理器的以太网的嵌入式控制实现也正在国内外如火如荼的展开，以太网在实时操作、可靠传输、标准统一等方面的卓越性能及其便于安装、维护简单、不受通信距离限制等优点，已经被国内外很多监控、控制领域的研究人员广泛关注，并在实际应用中[2]。

二：

国内外研究现状

以太网是一种采用载波侦听多路访N／冲突检测（CSMA／CD）和介质存取控制（MAC）协议在共享介质上传输数据的技术。

由于其具有使用简便、价格低、速率高等优点，因而从20世纪80年代出现以来，便很快成为局域网的主流，3基于ARM处理器的串行通信与以太网协议的研究与应用在城域网和广域网上也得到很广泛的应用。

据统计，目前全球85％的网络采用了以太网技术。

早期的以太网被称为共享以太网是指多节点共享同一个传输媒体，节点问采用广播方式通信．，所以容易发生冲突。

共享以太网CSMA／CD技术来避免冲突，即发送方检测到冲突就暂停发送，随机延迟一段时间后再重新发送直到成功[5]。

因而共享以太网对时间响应具有不确定性。

近年来出现的交换以太网（SwitchedEthernetj克服了这一缺点。

交换以太网将网络以星型拓扑结构划分为许多物理上互相隔离而逻辑上互相联系的节点，在发送端和接收端之间建立一个独占的全双工通道，因而能有效避免冲突，同时使得以太网的服务质量得到很大提高。

在传输速度方面，以太网从出现至今的20多年的发展时间里，运行速度提高了两个数量级，从80年代的10Mbps到90年代的100Mbps、1000Mbps，再到现今的10Gbps。

以太网的速度优势、低廉的端口价格和优越的性能，对于那些准备实行信息化改造以提高效率的生产领域来说，具有很大的吸引力。

目前，在国内外的工业领域，由以太网与工业现场相结合的工业以太网技术正处于研究和初步应用之中，成为工业控制网络建设的一种可行的解决方案。

在人们的日常生活和工作中，基于以太网技术和TCP／IP协议构建的互联网已经延伸到每个角落，人们可以利用互联网快捷方便地共享信息、查询资料、建立电子商务等等。

可以相信，随着互联网的进一步普及和发展，以太网技术将会得到更为广泛的应用[6]。

三：

ARM处理器体系的结构

迄今为止，ARM体系一共定义了6个版本，版本号为1－6，从版本1到版本6，ARM体系的指令集功能不断增强，同时，各版本中还有一些变种，这些变种定义了该版本指令集中不同的功能。

如支持Thumb指令集、支持长乘法指令集、增量型DSP指令集、JAVA加速器、媒体功能扩展指令等。

这些变种的指令都是针对不同的应用而产生的，ARM处理器系列中的各种处理器，由于采用的实现技术各不相同，性能差别很大，应用的场合也有所不同，这必然引出应用程序代码的可重用性问题，例如：

一段在SAMSUNG公司的ARM处理器上运行良好的代码，如果把处理器换成了ATMEL公司的ARM处理器，是否也可以稳定可靠地工作呢？

答案就是只要处理器支持相同的ARM体系版本，基于他们的应用软件将是兼容的[8][9][10]。

ARM处理器目前包括下面几个系列的处理器产品：

ARM7系列、ARM9系列，ARM9E系列、ARM10系列，SecurCore系列，Intel的Xscale和StrongARM，ARM9系列处理器是新近推出且性能比较稳定的一个系列，包括ARM920T，ART922T，ARM940T三种类型，适用不同需求的市场，本课题所选用的S3C2410X嵌入式处理器就是以ARM920T为核心的。

ARM9系列处理器主要特点如下：

支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集；5级流水线；单一的32位AMBA总线接口；MMU支持WindowsCE。

PalmOS，SymbianOS，Linux等，MPU支持实时操作系统，包括Vxworks[7][11][12]。

在ARM存储系统中，使用内存管理单元（MMU）实现虚拟地址到实际物理地址的映射。

利用MMU，可把SDRAM的地址完全映射到0x0起始的一片连续地址空间，而把原来占据这片空间的FLASH或者ROM映射到其他不相冲突的存储空间位置。

例如，FLASH的地址从0x00000000～0x00ffffff，而SDRAM的地址范围是0x30000000～Ox3lffffff，则可把SDRAM地址映射为0x00000000～Oxlfffffff而FLASH的地址可以映射到Ox90000000～Ox90ffffff（此处地址空间为空闲，未被占用）。

映射完成后，如果处理器发生异常，假设依然为IRQ中断，PC指针指向Oxl8处的地址，而这个时候PC实际上是从位于物理地址的Ox30000018处读取指令。

通过MMU的映射，则可实现程序完全运行在SDRAM之中。

在实际的应用中．可能会把两片不连续的物理地址空间分配给SDRAM。

而在操作系统中，习惯于把SDRAM的空间连续起来，方便内存管理，且应用程序申请大块的内存时，操作系统内核也可方便地分配[13][14]。

通过MMU可实现不连续的物理地址空间映射为连续的虚拟地址空间。

操作系统内核或者一些比较关键的代码，一般是不希望被用户应用程序访问。

通过MMU可以控制地址空间的访问权限，从而保护这些代码不被破坏[15]。

参考文献：

[1]徐卫华.嵌入式系统产业链亟需完善产业链条.中国计算机报,2006，（15）:

125~127

[2]王廷尧，以太网技术与应用﹒北京：

人民邮电出版社，2005﹒15

[3]王勇,姚亦峰,陈抗生;一种嵌入式系统接入Internet的方法及实现[J].电子术，2000（9）：

18~19

[4]付冲,陈英,马希敏.一种通用嵌入式系统以太网接口的设计与实现[J].山东大学学报（工学版），2005，（13）：

315~324

[5]张晓林，崔迎炜﹒嵌入式系统设计与实践﹒北京：

北京航空航天大学出版社．2006﹒315～324

[6]周立功等，ARM嵌入式系统实验教程.北京：

北京航空航天大学出版社，2004﹒31～32

[7]王廷尧，以太网技术与应用.北京：

人民邮电出版社，2005.1～13

[8]马忠梅,马广云.ARM嵌入式处理器结构与应用基础.北京：

北京航空航天大学出版社，2002,15～34

[9]吕京建，肖海桥．面向二十一实际的嵌入式系统综述．http：

//bol-，2005-08-16

[10]吴俊杰,吴建辉;;以太网MAC控制器的MII接口转RMII接口的实现[J].电子器件2008，（3）

[11]陈雪梅;曾照福;;基于ENC28J60的嵌入式以太网/CAN网关设计[J].现代电子技术,2009,（4）：

34～59

[12]W．RichardStevens著，范建华等译，TCP／IP详解卷l．协议，机械工业出版社，2002，24～69，105～115

[13]贺丹丹，张帆，刘峰.嵌入式linux开发教程[M].北京：

清华大学出社.2001.25～36

[14]赵国安，郁斌．基于Linux嵌入式原理与应用开发[M].北京:

清华大学出版社.2006.25～36

[15]春雷，ARM体系结构与编程.北京:

清华大学出版社，2003，125～136

毕业设计开题报告

２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

基于ARM的以太网系统原理结构示意图如图所示,它主要由以太网接口、以太网控制器和ARM处理器等部分组成

以太网接口

ARM处理器

以太网控制器

以太网控制器采用REALTEK公司的RTL8019AS芯片,RTL8019AS是一种高度集成的以太网控制芯片.支持全双工模式.RTL8091AS芯片内部集成了DMA控制器、ISA总线控制器和集成16KSRAM、网络PHY收发器.ARM处理器采用Samsung公司的S3C2510.S3C2510是基于一个支持实时仿真和跟踪的16/32位ARM9系列芯片.128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行.S3C2510具有外部总线控制器.可以和RTL8091AS芯片方便的连接.当系统需要和以太网进行通信时,首先通过DMA方式将需要发送的数据写入RTL8091AS芯片的内部RAM中,然后由RTL8091AS自动将数据发送给以太网;RTL8091AS网卡芯片可以用IOS接口与ARM接口连接，接法不同，编程的时的地址不同。

RTL8019AS内部结构图

OSCO接口外接晶振构成时序电路

LED0，LED1外接发光二极管和高电平，通过软件控制二极管是否发光

IOCS16B外接地

TPIN+，TPIN-，TPOUT+，TPOUT-与RJ-45I/O的相应接口连接

RTL8019AS与主机由三种接口工作模式：

跳线方式，网卡的I/O和中断有跳线决定。

即插即用方式，有软件进行自动配置plugandplay

免跳线方式，网卡的I/O和中断有外界的93C46里的内容决定

通过设置RTL8019AS的65脚为高电平（接到VCC或通过一个10K的上拉电阻）来实现跳线方式。

RTL8019AS的性价比高切带有即插即用功能的全双工以太网控制器，它的主要特点包括：

符合Ethernet与IEEE802.3标准;全双工，收发科同时达到10Mbit/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的自动检测，还支持对10BaseT拓扑机构的自动极性修正：

RJ-45I/O

20F001N是网卡变压器通过TPIN+，TPIN-，TPOUT+，TPOUT-与RTL8019AS相连

如上所述将ARM芯片和以太网控制RTL8019AS与RJ-45I/O连接构成基于ARM的以太网接口电路

毕业设计开题报告

指导教师意见：

刘凯同学根据毕业设计题目及有关要求，首先查阅了以太网通信接口有关的资料与文献，研究以太网原理、接口结构以及通信协议，其次对以太网与嵌入式处理器接口的实现方法进行了设计，选取了合理的接口器件，画出了结构框图。

所拟定的设计方案和设计步骤基本合理。

开题报告撰写简明通顺，文献引用合理，研究目的、研究方向明确，所提出的设计方案和设计方法基本可行，另外对研究方案及实施措施作了规划，具有较强的实用价值。

据此，综观刘凯同学的开题报告可知该同学工作态度积极认真，同意开题，进行下一步工作。

指导教师：

年月日

所在系审查意见：

系主任：

年月日