CN1157912C - 用于实时信号分析仪的以太网通信接口 - Google Patents
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Abstract
一种用于实时信号分析仪的以太网通信接口，由双口RAM存储器电路[1]，以太控制器电路[2]，RAM数据存储器电路[3]，ROM程序存储器电路[4]，EEPROM存储器电路[5]，以太网收发器电路[6]组成。通过这种以太网通信接口，使信号分析仪实现了远距离数据通信和分布式计算的功能，在包含TCP/IP协议的嵌入式操作系统的支持下，信号分析仪可以直接与上位PC机进行基于TCP/IP协议的Internet数据通信；结构简捷，整个以太网通信接口是一个占用空间很小的嵌入式系统，便于集成到信号分析仪中；性价比高，通过增加一个以太网通信接口就使得信号分析仪具有Internet上网的功能；应用范围广，它既可用于信号分析仪中，也可用于很多其他有上网需求的工业仪器和家用电器当中。
Description
技术领域
本发明涉及有线传输系统，尤其涉及一种用于实时信号分析仪的以太网通信接口。
背景技术
在我国信号处理系统中，大多采用如下结构：下位机只负责数据采集和信号预处理并将数据通过某种接口(串行口、并行口等)传送到上位机的功能，信号处理任务(如谱处理、数字滤波、相关分析等)、应用、数据保存与显示等都由上位机(一般是PC)来完成，这样的通信接口数据传输率不大，而且传输距离不远。随着数字信号处理器技术的广泛应用，现在逐渐开始采用国际流行的信号处理结构，即利用专用数字信号处理器完成信号处理，PC机进行参数设置、显示、数据存储等，下位机与上位机的通讯采用传输率高的接口方式，比如PCI总线、USB等，但是这样的系统依然不能实现远距离数据传输和分布式计算的功能。
发明内容
本发明提供一种用于实时信号分析仪的以太网通信接口，用于解决在基于以太网的实时信号分析系统中信号分析仪与上位机PC机的以太网远距离通信问题。
本发明采用的技术方案是：它包括双口RAM存储器电路，以太控制器电路，RAM数据存储器电路，ROM程序存储器电路，EEPROM存储器电路，以太网收发器电路；双RAM存储器电路一端经34针引出线接口插座连接到数字信号处理器，另一端与以太网控制器电路相连接，以太网控制器电路分别与RAM数据存储器电路、ROM程序存储器电路、EEPROM存储器电路、以太网收发器电路一端相连接，以太网收发器电路另一端与以太网传输电缆相连接。
本发明结合以太网和嵌入式技术提供了一种用于完成信号分析仪与上位机PC机之间进行以太网远距离数据通信的以太网通信接口。在基于以太网的信号分析系统中，通过软件的支持，数据的传送可以依靠TCP/IP协议进行，其所具有的网络功能并不要求作为上位机的PC机与数据采集分析仪处在同一局域网内，因此只要能连上Internet网且满足带宽要求，就可以方便地在任何地点、任何时间采集和分析数据，甚至在办公室进行远程测试、控制，而不论测试地点在世界各地的哪个角落。
本发明与背景技术相比，所具有的有益的效果是：
1.通过这种以太网通信接口，使信号分析仪实现了远距离数据通信和分布式计算的功能，在包含TCP/IP协议的嵌入式操作系统的支持下，信号分析仪可以直接与上位PC机进行基于TCP/IP协议的Internet数据通信；
2.结构简捷，整个以太网通信接口是一个占用空间很小的嵌入式系统，便于集成到信号分析仪中；
3.性价比高，通过增加一个以太网通信接口就使得信号分析仪具有Internet上网的功能；
4.应用范围广，它既可以用于信号分析仪中，也可以用于很多其他有上网需求的工业仪器和家用电器当中。
附图说明
图1是本发明的结构框图；
图2是双口RAM存储器电路图；
图3是以太网控制器MC68EN360电路图；
图4是RAM数据存储器电路；
图5是ROM程序存储器电路；
图6是EEPROM存储器电路图；
图7是以太网收发器MC68610电路图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的结构框图由附图1给出。它包括：双口RAM存储器电路1，以太网控制器MC68EN360电路2，RAM数据存储器电路3，ROM程序存储器电路4，EEPROM存储器电路5，以太网收发器MC68160电路6。
如图2所示，双口RAM存储器电路1：包括地址线A1～A10，数据线D0～D15，控制线CS1、R/W、BUSY、INT、OE，2片并联的双口RAM存储器(CY7C131)，上拉电阻R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14，以及34针引出线接口插座，以太网控制器(MC68EN360)通过地址线、数据线和控制线读写控制双口RAM存储器，数字信号处理器通过34针引出线接口插座读写控制双口RAM存储器。双口RAM存储器电路，作为数字信号处理器与以太网控制器(MC68EN360)之间的接口。
如图3所示，以太网控制器电路2：包括以太网控制器(MC68EN360)，四角晶振(SARONIX)，复位开关电路SW1、R3、R6，背景调试接口BDM，电阻R1、R2、R4、R5和电容C1、C2组成的电源保护电路。以太网控制器(MC68EN360)：见附图4，MC68EN360是主频33MHz的32位MPU，是整个以太网接口的控制器。
如图4所示，RAM数据存储器电路3：包括2片并联的SRAM(CY7C1021)作为数据存储区以及运行时的程序存储区，通过数据线D0～D31、地址线A0～A15、控制线CS3、OE、WE0、WE2与以太网控制器(MC68EN360)相连。
如图5所示，ROM程序存储器电路4：包括8位瞬间只读存储器(AM29F040-90JC32)作为固化的程序存储区，通过数据线D24～D31、地址线A0～A18、控制线CS0、OE、WE0与以太网控制器(MC68EN360)相连。
如图6所示，EEPROM存储器电路5：包括256字节串口EEPROM(X25045)通过引线SPISEL、SPIRXD、RST、SPICLK、SPITXD与以太网控制器(MC68EN360)相连，还包括复位上拉电阻R15。其用途在于在掉电情况下能保存应用中可能发生变动的数据，如系统硬件设置密码，TCP/IP地址等。
如图7所示，以太网收发器电路6：包括以太网收发器(MC68160)，还包括以太网收发器与以太网控制器间的数据发送与控制线如下：发送时钟线TCLK，发送允许线TENA，发送数据线TX，冲突线CLSN，接收时钟线RCLK，接收允许线RENA，接收数据线RX，以及四条自诊断控制线线LOOP、TPSQEL、TPFULDL、TPAPCE；还包括发光二极管LED1～LED6和电阻R17～R22组成的状态指示灯控制电路；由20MHz晶振Y1，电容C18、C19组成的晶振电路；由电容C4、C5、C16、C17、C20、C21和电阻R26组成的电源保护电路；由电平转换芯片PE-65424和电容CPT1、CPT2以及电阻R23、R24、R25组成的电气隔离电路；还包括以太网双绞线接口RJ45和下拉电阻R16。它作为以太网控制器(MC68EN360)与以太网传输电缆之间的接口，其电路图由附图3给出。
下面对本发明的工作过程加以说明：
1、系统上电启动后，程序由ROM程序存储器读入RAM存储器，并开始执行；
2、通过双口RAM存储器，MC68EN360和信号分析仪中负责数据采集与信号处理的数字信号处理器系统完成消息传送和数据传输；
3、MC68EN360将要上传给上位机PC机的数据和消息根据协议要求封装成固定格式的数据帧，同时将上位机PC机下传的数据帧还原为原始数据和消息。
4、MC68EN360通过MC68160电路发送数据帧到上位机PC机，接收从上位机PC机下传的数据帧。这个过程以下分别加以说明：
1)以太网数据帧发送
当主机允许发送器，以太网控制器查询信道Tx BD表中的第一个Tx BD。查询每128个串行时钟产生一次。若用户有一帧已准备好发送，可置位发送需求寄存器的TOD位，以清除等待下一查询到来。当有一帧要发送，以太网控制器将开始从数据缓冲区取数据(以太网控制器首先发送字节LSB)，确认TENA，开始发送预同步序列，帧起始定界符和帧信息。但若线忙，则控制器将推迟发送(载波监听有效)。发送前，控制器等待载波监听变为无效。一旦载波监听变为无效，控制器将确定其无效时间是否延续有6.0μs。若是这样，则等待一额外3.6us后开始发送(即，载波监听初始变为无效后的9.6μs)。若发送帧期间产生一冲突以太网控制器遵循特定的退却步骤，试图重新发送该帧，这种尝试有一门槛限定值。若帧的发送期间产生冲突，以太网控制器将回到第一个缓冲区来发送，对第一缓冲的唯一限制是它至少应包括9字节。
当已到达当前BD的末尾，而Tx BD中的位L被置位，则加上FCS字节(32位CRC(循环冗余校验)(若Tx BD内的位TC被置位)，并反向TENA。这样告诉EEST、产生非法Manchester编码以表明以太网帧的结束。
2)以太网数据帧接收
主机允许以太网接收器时，若CLSN被取反，只要RENA信号有效，它将立即进入搜索方式。该方式下，当数据一位一位地移入接收移位寄存器时(以太网控制器首先接收串行数据LSB)，寄存器的内容和数据同步寄存器内的SYN1段内容相比较。该比较功能在帧起始后一定数目时钟内有效(根据PSMR中的NIB位而定)。若二者不相等，移入下一位，继续进行比较。若从帧起始的位14到21间检测到双0或双1错误，则该帧被拒绝。若从帧起始的21位之后到帧起始定界符之间检测到双0错误，该帧也会被拒绝。若寄存器匹配，则终止搜索方式，开始装组字符。
当接收器检测到帧的第一个字节，以太网控制器执行帧的地址识别功能。接收器可接收物理(单个)、成组(多点播送)和广播地址。只有当内部地址识别算法结束后，Ethernnet才可接收帧数据，因而在帧并非指向本站的情况下可改进总线利用率。
若检测到匹配，以太网控制器将取下一Rx BD，若其为空，则开始把到来的帧传输至与该Rx加相联的数据缓冲区。若帧上检测到一冲突，则与该帧相联的Rx BD被重新使用。因此，除了最后冲突外，所有冲突帧不提交给用户。当数据缓冲区被填充满，以太网控制器清除Rx BD中的位E，在I位被置位下产生一中断。若到来的帧超过了数据缓冲区的长度，以太网控制器将取表的下一Rx BD，并在其为空时，把剩余帧传输到与这个BD相联的数据缓冲区。Rx BD长度由SCC通用参量RAM中的MRBLR值决定。
当接收帧完成，以太网控制器置位Rx BD中的位L，写入Rx BD其他帧状态位，清位E。以太网控制器接下来产生一可屏蔽中断，表明一帧已接收且已在存储器中。以太网控制器然后等待一新帧的到来。
Claims (2)
1.用于实时信号分析仪的以太网通信接口，其特征在于它包括：双口RAM存储器电路(1)、以太网控制器电路(2)、RAM数据存储器电路(3)、ROM程序存储器电路(4)、EEPROM存储器电路(5)、以太网收发器电路(6)；双口RAM存储器电路(1)一端经34针引出线接口插座连接到数字信号处理器，另一端与以太网控制器电路(2)相连接，以太网控制器电路(2)分别与RAM数据存储器电路(3)、ROM程序存储器电路(4)、EEPROM存储器电路(5)、以太网收发器电路(6)一端相连接，以太网收发器电路(6)另一端与以太网传输电缆相连接。
2.根据权利要求1所述的用于实时信号分析仪的以太网通信接口，其特征在于：
1)双口RAM存储器电路(1)：包括地址线(A1～A10)，数据线(D0～D15)，控制线(CS1、R/W、BUSY、INT、OE)，2片并联的双口RAM存储器(CY7C131)，上拉电阻(R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14)，以及34针引出线接口插座，以太网控制器(MC68EN360)通过地址线、数据线和控制线读写控制双口RAM存储器，数字信号处理器通过34针引出线接口插座读写控制双口RAM存储器；
2)以太网控制器电路(2)：包括以太网控制器(MC68EN360)，四角晶振(SARONIX)，复位开关电路(SW1、R3、R6)，背景调试接口(BDM)，电阻(R1、R2、R4、R5)和电容(C1、C2)组成的电源保护电路；
3)RAM数据存储器电路(3)：包括2片并联的SRAM(CY7C1021)作为数据存储区以及运行时的程序存储区，通过数据线(D0～D31)、地址线(A0～A15)、控制线(CS3、OE、WE0、WE2)与以太网控制器(MC68EN360)相连；
4)ROM程序存储器电路(4)：包括8位瞬间只读存储器(AM29F040-90JC32)作为固化的程序存储区，通过数据线(D24～D31)、地址线(A0～A18)、控制线(CS0、OE、WE0)与以太网控制器(MC68EN360)相连；
5)EEPROM存储器电路(5)：包括256字节串口EEPROM(X25045)通过引线(SPISEL、SPIRXD、RST、SPICLK、SPITXD)与以太网控制器(MC68EN360)相连，还包括复位上拉电阻(R15)；
6)以太网收发器电路(6)：包括以太网收发器(MC68160)，还包括以太网收发器与以太网控制器间的数据发送与控制线如下：发送时钟线(TCLK)，发送允许线(TENA)，发送数据线(TX)，冲突线(CLSN)，接收时钟线(RCLK)，接收允许线(RENA)，接收数据线(RX)，以及四条自诊断控制线(LOOP、TPSQEL、TPFULDL、TPAPCE)还包括发光二极管(LED1～LED6)和电阻(R17～R22)组成的状态指示灯控制电路；由20MHz晶振(Y1)，电容(C18、C19)组成的晶振电路；由电容(C4、C5、C16、C17、C20、C21)和电阻(R26)组成的电源保护电路；由电平转换芯片(PE-65424)和电容(CPT1、CPT2)以及电阻(R23、R24、R25)组成的电气隔离电路；还包括以太网双绞线接口(RJ45)和下拉电阻(R16)。
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