CN210807308U - 基于arm本地总线的以太网接口电路及变频控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于ARM本地总线的以太网接口电路及变频控制器，该以太网接口电路包括：ARM芯片、通用以太网协议芯片和RJ45接口；其中，RJ45接口与外部以太网设备通信，用于接收或发送以太网信号；通用以太网协议芯片连接于ARM芯片和RJ45接口之间，用于将ARM芯片输出的本地总线信号转换为RJ45接口能够识别的以太网信号，或者，将来自RJ45接口的以太网信号转换为ARM芯片能够接收的本地总线信号。本实用新型能够将ARM芯片的本地总线信号转换为以太网信号，以实现ARM芯片与外部以太网设备高速通信的目的。

Description

基于ARM本地总线的以太网接口电路及变频控制器

技术领域

本实用新型涉及电路领域，尤其涉及一种基于ARM本地总线的以太网接口电路及变频控制器。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本实用新型实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

目前，现有技术在实现ARM芯片以太网通信的时候，主要是在ARM芯片内置简化的以太网功能或通过低速总线扩展出的以太网模块来实现固定协议格式的以太网通信。由于低速总线的限制，只能实现慢速的以太网数据报文传输，无法实现快速的、大批量的以太网数据传输，且由于现有的以太网通信方式仅支持简单的以太网协议，无法实现通用以太网TCP或UDP通信，极大限制了使用范围，无法实现组播、广播、突发大报文数据传输等高级功能，也无法实现通用的以太网通信。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种基于ARM本地总线的以太网接口电路，用以解决现有实现ARM芯片以太网通信的方案，仅支持简单以太网协议，且无法实现高速以太网通信的技术问题，该以太网接口电路包括：ARM芯片、通用以太网协议芯片和RJ45接口；其中，RJ45接口与外部以太网设备通信，用于接收或发送以太网信号；通用以太网协议芯片连接于ARM芯片和RJ45接口之间，用于将ARM芯片输出的本地总线信号转换为RJ45接口能够识别的以太网信号，或者，将来自RJ45接口的以太网信号转换为ARM芯片能够接收的本地总线信号。

本实用新型实施例还提供一种变频控制器，用以解决现有实现ARM芯片以太网通信的方案，仅支持简单以太网协议，且无法实现高速以太网通信的技术问题，该变频控制器包括：上述的基于ARM本地总线的以太网接口电路。

本实用新型实施例中，通过连接于ARM芯片和RJ45接口之间的通用以太网协议芯片，实现ARM芯片本地总线信号与RJ45接口以太网信号之间的相互转换，能够使得ARM芯片通过RJ45接口实现与外部以太网设备通信的目的。

通过本实用新型实施例，能够将ARM芯片的本地总线信号转换为以太网信号，以实现ARM芯片与外部以太网设备高速通信的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本实用新型实施例中提供的一种基于ARM本地总线的以太网接口电路示意图；

图2为本实用新型实施例中提供的iMX6DQ芯片的信号管脚接线示意图；

图3为本实用新型实施例中提供的DM9000芯片的信号管脚接线示意图；

图4为本实用新型实施例中提供的RJ45接口信号管脚接线示意图；

图5为本实用新型实施例中提供的一种变频控制器示意图。

附图标记说明：

ARM芯片101；通用以太网协议芯片102；RJ45接口103；RTC时钟芯片104；数码管驱动芯片105；数码管106；DDR内存107；MMC存储器108；CF卡接口109；PCIe转PCI芯片110；光纤以太网芯片111；光纤以太网接口112；USB转TTL模块113；FPGA芯片114；外部扩展板115；CAN总线接口116；RS485总线接口117；RS232总线接口118；SSI编码器信号接口119；增量编码器信号接口120；数字量输出信号接口121；数字量输入信号接口122；模拟量输出信号接口123；模拟量输入信号接口124；电源接口125；中断信号传输接口126。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本实用新型实施例做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

在本说明书的描述中，所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。各实施例中涉及的步骤顺序用于示意性说明本申请的实施，其中的步骤顺序不作限定，可根据需要作适当调整。

本实用新型实施例中提供了一种基于ARM本地总线的以太网接口电路，图1为本实用新型实施例中提供的一种基于ARM本地总线的以太网接口电路示意图，如图1所示，该以太网接口电路包括：ARM芯片101、通用以太网协议芯片102和RJ45接口103。

其中，RJ45接口103与外部以太网设备通信，用于接收或发送以太网信号；通用以太网协议芯片102连接于ARM芯片101和RJ45接口103之间，用于将ARM芯片101输出的本地总线信号转换为RJ45接口103能够识别的以太网信号，或者，将来自RJ45接口103的以太网信号转换为ARM芯片101能够接收的本地总线信号。

需要说明的是，RJ45接口为当前主流的电口以太网接口，通过RJ45接口能够实现以太网通信。

一种可选的实施例中，本实用新型实施例提供的以太网接口电路中，ARM芯片101采用iMX6DQ芯片；通用以太网协议芯片102采用DM9000芯片。其中，iMX6DQ芯片为一款高端ARM芯片，可以运行Linux操作系统；DM9000为核心的通用以太网协议芯片；iMX6QD芯片的管脚定义如表1所示，DM9000芯片的管脚定义如表2所示。iMX6DQ的信号与DM9000芯片的信号管脚一对一完整连接。

表1 iMX6QD芯片的管脚定义

表2 DM9000芯片的管脚定义

图2为本实用新型实施例中提供的iMX6DQ芯片的信号管脚接线示意图；图3为本实用新型实施例中提供的DM9000芯片的信号管脚接线示意图；如图2和图3所示，iMX6DQ芯片包括：WR#信号管脚、RD#信号管脚、CS#信号管脚、INT信号管脚及SD0～SD15信号管脚；DM9000芯片包括：IOW#信号管脚、IOR#信号管脚、CS#信号管脚、INT信号管脚及SD0～SD15信号管脚；其中，iMX6DQ芯片的WR#信号管脚与DM9000芯片的IOW#信号管脚连接；iMX6DQ芯片的RD#信号管脚与DM9000芯片的IOR#信号管脚连接；iMX6DQ芯片的CS#信号管脚与DM9000芯片的CS#信号管脚连接；iMX6DQ芯片的INT信号管脚与DM9000芯片的INT信号管脚连接；iMX6DQ芯片的SD0～SD15信号管脚与DM9000芯片的SD0～SD15信号管脚分别连接。

RJ45接口的管脚定义如表3所示，对于RJ45接口来说，以下12个管脚和屏蔽必须可靠连接。管脚1和管脚2为差分发送信号；管脚3和管脚6为差分接收信号。

表3 RJ45接口的管脚定义

图4为本实用新型实施例中提供的RJ45接口信号管脚接线示意图，如图4所示，本实用新型实施例提供的以太网接口电路中，RJ45接口103包括：RJ_TX+信号管脚、RJ_TX-信号管脚、RJ_RX+信号管脚和RJ_RX-信号管脚；DM9000芯片还包括：TX+信号管脚、TX-信号管脚、RX+信号管脚和RX-信号管脚；其中，RJ45接口103的RJ_TX+信号管脚与DM9000芯片的TX+信号管脚连接；RJ45接口103的RJ_TX-信号管脚与DM9000芯片的TX-信号管脚连接；RJ45接口103的RJ_RX+信号管脚与DM9000芯片的RX+信号管脚连接；RJ45接口103的RJ_RX-信号管脚与DM9000芯片的RX-信号管脚连接。

可选地，本实用新型实施例提供的以太网接口电路还可以包括：第一指示灯和第二指示灯(图1中未示出)；RJ45接口103还包括：Data信号管脚和Link信号管脚；其中，RJ45接口103的Data信号管脚与第一指示灯连接，第一指示灯用于指示RJ45接口的数据状态；RJ45接口103的Link信号管脚与第二指示灯连接，第二指示灯用于指示RJ45接口的连接状态。需要注意的是，DM9000芯片的LED1信号管脚与第一指示灯连接；DM9000芯片的LED2信号管脚与第二指示灯连接。

优选地，第一指示灯和第二指示灯均为发光二极管。

在一种可选的实施例中，本实用新型实施例提供的以太网接口电路还可以包括：RTC时钟芯片104，与ARM芯片101连接，用于提供时钟信号。可选地，本实用新型实施例提供的以太网接口电路中，ARM芯片101通过I2C总线扩展出实时时钟(Real-time clock，RTC)芯片，来实现实际时间的记录和存储，使得整个系统和控制器更加完善。

在一种可选的实施例中，本实用新型实施例提供的以太网接口电路还可以包括：数码管驱动芯片105和数码管106；其中，数码管驱动芯片105与ARM芯片101连接，用于驱动数码管106点亮或熄灭；数码管106用于显示ARM芯片101的状态信息。可选地，数码管106为一个8位LED数码管，用来显示ARM芯片的状态，方便用户判断ARM芯片的内部软件的情况。可选地，数码管驱动芯片105可以是74HC595D串转并芯片，将ARM芯片的串行信号转换为驱动LED数码管的并行信号。

在一种可选的实施例中，本实用新型实施例提供的以太网接口电路还可以包括：DDR内存107和MMC存储器108；其中，DDR内存107，与ARM芯片101连接，用于存储内存数据；MMC存储器108，与ARM芯片101连接，用于存储数据。可选地，MMC存储器可以是MMC卡，通过MMC卡实现板载的数据存储，对于系统校验和加密数据，都需要保存在MMC卡中。由于MMC卡的读写速度快于CF卡读写，因此紧急保持的数据，可以存储在MMC卡中。本实用新型实施例提供的变频控制器中，ARM芯片通过DDR的的方式扩展RAM，实现了大批量内存数据的存储和运算，支持当前各种主流DDR总线。

在一种可选的实施例中，本实用新型实施例提供的以太网接口电路还可以包括：CF卡接口109，与ARM芯片101连接，用于将数据存储至外部CF卡中或读取外部CF卡中的数据。通过将ARM芯片扩展出CF卡存储功能，将系统数据或用户数据存储在CF卡中，能够方便通过CF卡进行系统和程序升级。

在一种可选的实施例中，如图5所示，本实用新型实施例提供的以太网接口电路还可以包括：PCIe转PCI芯片110、光纤以太网芯片111、光纤以太网接口112；其中，光纤以太网接口112，与光纤以太网芯片111连接，用于通过光纤传输以太网数据；PCIe转PCI芯片110与ARM芯片101连接，用于将ARM芯片101扩展出光纤以太网总线，使得ARM芯片101通过扩展出的光纤以太网总线与光纤以太网芯片111连接。

在一种可选的实施例中，如图5所示，本实用新型实施例提供的以太网接口电路还可以包括：USB转TTL模块113，与ARM芯片101连接，用于将USB数据转换为TTL数据。通过USB转TTL的方式，能够实现通过USB调试ARM芯片系统(例如，Linux系统)的功能，方便系统调试人员的工作，还可支持热插拔功能。

本实用新型实施例通过PCIe转PCI芯片110扩展出光纤以太网接口，实现高速以太网原始报文的收发。可选地，PCIe转PCI芯片可以XIO2001芯片。

本实用新型实施例中还提供了一种变频控制器，包括：上述任意一种可选的或优选的基于ARM本地总线的以太网接口电路。

由于交流变频传动技术具有控制性能优、使用范围广、驱动容量大、运行节能和维护成本低的众多优势，近些年得到了突飞猛进的发展。但现有的变频控制器，基于DSP+FPGA系统架构，以DSP芯片为主芯片，利用DSP芯片的电机控制功能，进行处理器外围设计。这种架构的优点是结构灵活，且具有较强的通用性。其缺点是，DSP芯片主频有限(通常为百兆级)，使得基于DSP+FPGA系统架构的变频控制器，在实时任务处理、多任务处理方面存在不足，只适用于对变频设备性能要求不高的场合。

由此，一种可选的实施例中，本实用新型实施例提供的变频控制器可以是基于ARM+FPGA系统架构的高性能变频控制器，能够实现快速实时响应和高精度的变频控制，从而适应高端变频设备及变频系统应用的需求。

图5为本实用新型实施例中一种变频控制器示意图，如图5所示，该变频控制器包括：FPGA芯片114，以及上述任意一种可选的或优选的以太网接口电路。

其中，以太网接口电路中的ARM芯片101，用于控制一个或多个变频设备；FPGA芯片114，与ARM芯片101连接，用于将ARM芯片101输出的控制信号并行传输到各个变频设备；ARM芯片101通过以太网接口电路提供的RJ45接口103，与外部以太网设备通信，用于接收或发送以太网信号。

可选地，本实用新型实施例采用的ARM芯片可以为MCIMX6Q5EYM12AD芯片；FPGA芯片可以为XC6SLX16-2FTG256C芯片。

本实用新型实施例提供的变频控制器，将ARM芯片作为变频器的主控制芯片，将FPGA芯片作为变频器的外围接口芯片，利用ARM芯片能够实现各种复杂算法，利用FPGA芯片不仅能够实现高速并行数据传输，还能够实现快速响应和高精度变频控制，实时性强、灵活性高。该变频控制器通过本实用新型实施例提供的以太网接口电路，实现ARM芯片本地总线信号与以太网信号之间的转换，使得ARM芯片101通过以太网接口电路提供的RJ45接口与与外部以太网设备通信，从而便于ARM芯片系统与计算机的通信。

本实用新型实施例提供的变频控制器可以采用24V直流供电，通过底部的电源接口125与外部电源连接。可选地，电源接口125可以是电源端子。

可选地，本实用新型实施例提供的变频控制器中，ARM芯片采用4核A9系列，主频可达1GHz。与现有DSP芯片的主频(百兆级)相比，本实用新型实施例提供的变频控制器，基于ARM+FPGA系统架构，能够实现快速实时响应和高精度变频控制，从而更适应于高端变频器及系统应用的需求。另外，本实用新型实施例提供的变频控制器中，FPGA芯片负责并行的高速数据处理，光纤数据通信等工作，通过协调配合实现一个控制器带多个电机的功能。可选地，ARM芯片可以通过本地总线与FPGA芯片进行高速数据通信。

一种可选的实施例中，本实用新型实施例提供的变频控制器还可以包括：外部扩展板115，与FPGA芯片114连接，用于扩展出各种现场总线或以太网总线。FPGA芯片通过内部总线扩展了外部扩展板，可以实现各种现场总线、实时以太网总线的支持，增强了系统的扩展性。

可选地，本实用新型实施例提供的变频控制器中，FPGA芯片114还可以用于扩展出如下任意一种接口：CAN总线接口116、RS485总线接口117、RS232总线接口118、SSI编码器信号接口119、增量编码器信号接口120、数字量输出信号接口121、数字量输入信号接口122、模拟量输出信号接口123、模拟量输入信号接口124和中断信号传输接口126。通过扩展多种通信协议的数据传输接口，实现多通信协议的协调统一操作。其中，FPGA芯片通过塑料光纤或者玻璃光纤的方式，扩展出接收或发送快速中断信号的中断信号传输接口，实现多个控制器之间的数据同步和信号同步。ARM芯片还支持中断触发功能，以便实现快速信号的紧急处理。

由上可知，本实用新型提供的变频控制器，采用长生命周期的ARM芯片，能够满足工业产品长生命周期、高可靠性、高稳定性的要求。该控制器采用主流的、长期稳定维护的Linux系统内核版本，内置实时操作系统来完成实时多任务功能，可以采用C语言或C++语言实现软件代码的自由开发。可选地，还可以支持Eclipse软件框架下对C语言或C++语言代码进行代码调试，查看程序内置变量等常规嵌入式编程功能。进一步地，还可以支持PLC、梯形图、结构文本、指令表、CFC、SFC等编程语言。

综上所述，本实用新型实施例提供了一种基于ARM本地总线的以太网接口电路及包括该以太网接口电路的变频控制器，ARM芯片通过通用以太网协议芯片支持完整的以太网信号，方便ARM芯片与计算机之间的通信，支持高速以太网数据报文传输和中断数据处理功能，解决了目前ARM芯片配置的低速以太网模块，提高了接口的统一性，提供了完整的以太网协议支持，加快了数据传输速度，同时还支持中断处理模式。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种基于ARM本地总线的以太网接口电路，其特征在于，包括：ARM芯片(101)、通用以太网协议芯片(102)和RJ45接口(103)；

其中，所述RJ45接口(103)与外部以太网设备通信，用于接收或发送以太网信号；所述通用以太网协议芯片(102)连接于所述ARM芯片(101)和RJ45接口(103)之间，用于将ARM芯片(101)输出的本地总线信号转换为所述RJ45接口(103)能够识别的以太网信号，或者，将来自所述RJ45接口(103)的以太网信号转换为所述ARM芯片(101)能够接收的本地总线信号。

2.如权利要求1所述的以太网接口电路，其特征在于，所述ARM芯片(101)为iMX6DQ芯片；所述通用以太网协议芯片(102)为DM9000芯片。

3.如权利要求2所述的以太网接口电路，其特征在于，所述iMX6DQ芯片包括：WR#信号管脚、RD#信号管脚、CS#信号管脚、INT信号管脚及SD0～SD15信号管脚；所述DM9000芯片包括：IOW#信号管脚、IOR#信号管脚、CS#信号管脚、INT信号管脚及SD0～SD15信号管脚；

其中，所述iMX6DQ芯片的WR#信号管脚与所述DM9000芯片的IOW#信号管脚连接；所述iMX6DQ芯片的RD#信号管脚与所述DM9000芯片的IOR#信号管脚连接；所述iMX6DQ芯片的CS#信号管脚与所述DM9000芯片的CS#信号管脚连接；所述iMX6DQ芯片的INT信号管脚与所述DM9000芯片的INT信号管脚连接；所述iMX6DQ芯片的SD0～SD15信号管脚与所述DM9000芯片的SD0～SD15信号管脚分别连接。

4.如权利要求2所述的以太网接口电路，其特征在于，所述RJ45接口(103)包括：RJ_TX+信号管脚、RJ_TX-信号管脚、RJ_RX+信号管脚和RJ_RX-信号管脚；所述DM9000芯片还包括：TX+信号管脚、TX-信号管脚、RX+信号管脚和RX-信号管脚；

其中，所述RJ45接口(103)的RJ_TX+信号管脚与所述DM9000芯片的TX+信号管脚连接；所述RJ45接口(103)的RJ_TX-信号管脚与所述DM9000芯片的TX-信号管脚连接；所述RJ45接口(103)的RJ_RX+信号管脚与所述DM9000芯片的RX+信号管脚连接；所述RJ45接口(103)的RJ_RX-信号管脚与所述DM9000芯片的RX-信号管脚连接。

5.如权利要求2所述的以太网接口电路，其特征在于，所述以太网接口电路还包括：第一指示灯和第二指示灯；所述RJ45接口(103)还包括：Data信号管脚和Link信号管脚；

其中，所述RJ45接口(103)的Data信号管脚与第一指示灯连接，所述第一指示灯用于指示所述RJ45接口的数据状态；所述RJ45接口(103)的Link信号管脚与第二指示灯连接，所述第二指示灯用于指示所述RJ45接口的连接状态。

6.如权利要求5所述的以太网接口电路，其特征在于，所述第一指示灯和所述第二指示灯均为发光二极管。

7.如权利要求1所述的以太网接口电路，其特征在于，所述以太网接口电路还包括：RTC时钟芯片(104)，与所述ARM芯片(101)连接，用于提供时钟信号。

8.如权利要求1所述的以太网接口电路，其特征在于，所述以太网接口电路还包括：数码管驱动芯片(105)和数码管(106)；

其中，所述数码管驱动芯片(105)与所述ARM芯片(101)连接，用于驱动所述数码管(106)点亮或熄灭；所述数码管(106)用于显示所述ARM芯片(101)的状态信息。

9.如权利要求1所述的以太网接口电路，其特征在于，所述以太网接口电路还包括：DDR内存(107)和MMC存储器(108)；

其中，所述DDR内存(107)，与所述ARM芯片(101)连接，用于存储内存数据；所述MMC存储器(108)，与所述ARM芯片(101)连接，用于存储数据。

10.如权利要求1所述的以太网接口电路，其特征在于，所述以太网接口电路还包括：CF卡接口(109)，与所述ARM芯片(101)连接，用于将数据存储至外部CF卡中或读取外部CF卡中的数据。

11.一种变频控制器，其特征在于，包括：权利要求1至10任一项所述的基于ARM本地总线的以太网接口电路。

Images