分布式数据采集系统的网络接口设计_谢仁祥

ｎｅｔ ＩＩ 与 ＩＥＥＥ８０２．３ （ １０Ｂａｓｅ５、 １０Ｂａｓｅ２ 、 １０ＢａｓｅＴ） 标 准 ； 全 双 工 ， 收 发 可 同 时 达 到 １０Ｍｂｐｓ 的 速 率 ； 内 置 １６ＫＢ 的 ＳＲＡＭ； 支持 ８／１６ 位数据总线 ， ８ 个中断申请线以及 １６ 个 Ｉ／Ｏ 基地址选择 ； 支持 ＵＴＰ、 ＡＵＩ、 ＢＮＣ 自动检测
１ 系统结构设计方案介绍
本 系 统 采 用 的 高 速 数 据 采 集 卡 具 有 ３ 片 １６－ ｂｉｔ 高速同步模 － 数转换器 ， 由 ＤＳＰ 芯片控制 ， 每片 ＡＤＣ 谢仁祥： 硕士研究生
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图 １ 带网络接口的数据采集卡
由于数据采集卡具有网络 接口 ， 可以将 采集卡分 布在各个采样点 ， 利用网络连接够成分 布式数据采 集 系统。 完成本地信号的采集、 处理和传输。 如果需要还 可通过局域网 ， 实现数据的远程传输和共享。
出或是写入数据。



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技 术 创 新
２．３ ８０１９ＡＳ 芯片的数据收发 ＤＳＰ 将待发送的数 据包存入 ８０１９ 芯 片 ＲＡＭ 后 ， 给 出 发 送 缓 冲 区 首 地 址 和 数 据 包 长 度 （ 写 入 ＴＰＳＲ 、 ＴＢＣＲ０，１）， 启 动 发 送 命 令 （ＣＲ＝０ｘ３Ｅ）即 可 实 现 ８０１９ 发 送功能。 ８０１９ 会自动按以太网协议完成发送并将结果 写入状态寄存器。而 ８０１９ 芯片的 接收缓冲区 构成一 个循 环队列 ， ＰＳＴＡＲＴ、 ＰＳＴＯＰ 两个 寄存器限定 了 队 列 的 开 始 和 结 束 页 ， ＣＵＲＲ 为 写 入 指 针 ， 受 芯 片 控 制 ， ＢＮＲＹ 为读出指针 ， 由 ＤＳＰ 程序设置。初始化时设置 ： ＢＮＲＹ ＝ ＣＵＲＲ－ １ ＝ ＰＳＴＡＲＴ。 当 收 到 包 时 芯 片 会 将 ＣＵＲＲ 加 １， 所以当 ＣＵＲＲ 不等于 ＢＮＲＹ＋１ 时 ， 可以判 定收到新的数据包 ， 新收到的数据包存于以 ＣＵＲＲ 为 首 地 址 指 针 的 ＲＡＭ 中 ， ＤＳＰ 处 理 完 接 受 后 将 ＢＮＲＹ 加 １ ， ８０１９ＡＳ 芯片检测到 ＣＵＲＲ 等于 ＢＮＲＹ 时芯片会
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《 嵌入式系统应用精选 ２００ 例》
邮局订阅号 ： ８２－９４６ ３６０ 元 ／ 年
数采与监测
中 文 核 心 期 刊《 微 计 算 机 信 息 》 （ 测 控 自 动 化 ）２００６ 年 第 ２２ 卷 第 ２－１ 期
（四川大学 ）谢 仁 祥
钟 睿 李尚柏
Ｘｉｅ，Ｒｅｎｘｉａｎｇ Ｚｈｏｎｇ，Ｒｕｉ Ｌｉ，Ｓｈａｎｇｂａｉ
摘要 ： 讨 论 了 分 布 式 数 据 采 集 系 统 的 实 现 方 案 。 介 绍 了 用 ＴＭＳ３２０Ｃ５４０９ ＤＳＰ 芯 片 控 制 ８０１９ＡＳ 实 现 以 太 网 通 讯 的 硬 件 设 计 方 案 。 实 现 了 基 于 ＵＤＰ 协 议 的 数 据 传 输 ， 并 详 细 说 明 了 方 法 和 注 意 事 项 。 关键词 ： 以太网 ； ＤＳＰ； ８０１９ＡＳ； 分布式数据采集 文献标识码 ：Ａ 中图分类号 ：ＴＰ２６９
ＲＡＭ， 称 为 本 地 ＤＭＡ； ＤＳＰ 读 或 写 该 ＲＡＭ， 称 为 远 端 ＤＭＡ。 ＲＴＬ８０１９ＡＳ 的远端 ＤＭＡ 象 一个 ＦＩＦＯ 而非传 统的 ＤＭＡ， 每操作一次其 ＲＡＭ 地址自动加 １ ， ＤＳＰ 设 置 好 ８０１９ 芯 片 开 始 地 址 （设 置 ＲＳＡＲ０，１ 寄 存 器 ）和 读 写 的 数 据 字 节 数 （设 置 ＲＢＣＲ０，１ 寄 存 器 ）， 并 在 ＣＲ 中 设置 远端 ＤＭＡ 读 ／ 写 ， 就 可以从 ８０１９ 芯片 ＲＡＭ 里 读
的特点。 结合上述两种器件的优点 ， 我们开发了以 ＤＳＰ 为 核心、具有以太网接口的高速数据采集和处 理系统。 为分布式数据采集系统的网络传输提供了一种很好 的解决方案， 具有非常好的工程应用价值和经济价 值。本文将讨 论系 统 的 构 成 和 ＴＭＳ３２０Ｃ５４０９ ＤＳＰ 与 ＲＴＬ８０１９ＡＳ 的软硬件接口设计。
器 ， 几个比较重要的寄存器是 ： 命令寄存器 ＣＲ 、 发送状态寄存器 ＴＳＲ 、中断状态 寄存器 ＩＳＲ 、接收状态寄存器 ＲＳＲ 要读写寄存器 ， 只 需在 ＣＲ 寄存器中设置要读写的页号 ， 再向要进行读 写的寄存器地址写入、 读出数据即可。实际上 ， ８０１９ＡＳ 芯片的所有功能都是通过对这些寄存器进行配置而 实现的。
数采与监测
文章编号 ：１００８－ ０５７０（２００６）０２－ １－ ０１３８－ ０３
中 文 核 心 期 刊《 微 计 算 机 信 息 》 （ 测 控 自 动 化 ）２００６ 年 第 ２２ 卷 第 ２－１ 期
分布式数据采集系统的网络接口设计
Ｄｅ ｓ ｉｇ ｎ ｏ ｆ Ｎｅ ｔ Ｉｎ ｔｅ ｒｆａ ｃｅ ｉｎ Ｄｉｓ ｔｒｉｂ ｕ ｔｅ ｄ Ｄａ ｔａ Ａｃｑ ｕ ｉｓ ｉｔｉｏ ｎ Ｓ ｙｓ ｔｅ ｍ
有 ６ 个通道 ， 共计 １８ 路 采 集 通 道 ， 且 带 有 １Ｍ 的 数 据 存储器。 采 集 后 的 数 据 放 入 １Ｍ 的 缓 存 ， ＤＳＰ 芯 片 从 缓 存 读取数据并完成处理。该采集卡适用 于语音、 电力 系 统等需要高速模拟信号采集和实时处理的系统。在实 际应用中， 一般都有多个采集点， 需要多块这样的数 据采集卡构成一个采集系统。而完成数据的收集和传 输。可以采用总线方式 ， 采用总线结构的 优点是系统 结构紧凑、 数据吞吐量大。但如果被采 集信号比较 分 散， 则远距离的传输将造成模拟量信号的衰减， 不利 于弱信号的测量。 采用传统串口连接方式可以将多个采集器连接 起来 ， 构成分布式系统。这种方案虽然能 实现远距离 传输， 但由于串口传输速度较慢， 不能适用于高速数 据采集系统。 为了实现数据的高速采集 、 实时处理以 及完成数 据的远距离传输 ， 综合 ＤＳＰ 芯片和以太网控制器的优 点 ， 我们设计了以 ＤＳＰ 为核心且具有网络接口数据采 集卡。其结构如图 １ 所示 ：
停止接收数据包。
图 ２ ＤＳＰ 和 ８０１９ＡＳ 的连接电路
ＲＴＬ８０１９ＡＳ 的工作电压为 ５Ｖ， 而 ＤＳＰ ５４０９ 的 工 作 电 压 为 ３．３Ｖ （ 核 心 电 压 为 １．８Ｖ）， 所 以 需 要 用 ＬＶＣ２４５Ａ 进行电平转换。
地 址 译 码 上 ， 因 为 ８０１９ＡＳ 只 有 ３２ 个 地 址 ， 所 以 只需要低 ５ 位地址线 ， 即可操作其 ＤＭＡ 所有的寄存 器 ， 由于 Ａ１５ 参与了 ８０１９ 片选的译码 ， 基地址设为 ３００Ｈ， 所以将高 １１ 位地址锁定在 ８３００ 以保证对芯片 的正确操作。
技 术 创 新
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ． Ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＴＭＳ３２０Ｃ５４０９ ＤＳＰ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｎｅｔ ｃｈｉｐ ８０１９ＡＳ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｔｈｅ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｗａｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＵＤＰ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ａｎ－ ｎｏｕｎｃｅｍｅｎｔ ｗａｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ． Ｋｅｙｗｏｒ ｄｓ： ＤＳＰ； ８０１９ＡＳ； Ｄｉｓｔｒ ｉｂｕｔｅｄ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ； Ｅｔｈｅｒ ｎｅｔ
８０１９有 ３ 种配置模式 ： 跳线方式、即插即用 ＰｎＰ 方式、 串行 Ｆｌａｓｈ 配置方式。ＰｎＰ 模式用在 ＰＣ 机中 ， 本 系统工作在跳线方式。
要使 ８０１９ 芯片工作在跳线模式 ， 需要将 ６５ 脚 ＪＰ （ｊｕｍｐ）接高。这种情况下芯片在复位结束时对 表 １ 的 引脚采样以决定芯片的工作方式。６４ （ ＡＵＩ ） 脚为高时 ， 为 ＡＵＩ 接口方式 ； 为低时 ， 为 ＢＮＣ 接口方式 ， ＡＵＩ 是一 种 ＂Ｄ＂ 型 １５ 针接口 ， 我们使用的 ８ 线双绞或同轴 电缆 的 ＢＮＣ 接口 ， 所以该引脚接地。 ８５ ， ８４ ， ８２ ， ８１ 脚决定 Ｉ／Ｏ 基地址 ， 都设为 ０ 时 ８０１９ 将基地址设为 ３００Ｈ， 由 于 我 们 将 Ａ１５ 脚 参 于 了 译 码 ， 所 以 有 效 地 址 为 ８３００Ｈ－ ８３１ｆＨ。 ８０ ， ７９ ， ７８ 脚决定芯片的中断 ， 都为 ０ 时 使 用 中 断 ０ 。 ７４ ， ７７ 脚 决 定 网 络 接 口 类 型 ， 都 为 ０ 时 ， 芯片自动检测是 １０ＢａｓｅＴ、 １０Ｂａｓｅ５ 还是 １０Ｂａｓｅ２ 。 ３．２ ＤＳＰ５４０９ 与 ８０１９ＡＳ 接口电路
《 Ｐ ＬＣ 技术应用 ２００ 例》
３６０ 元 ／ 年 邮局订阅号 ： ８２－９４６
数采与监测
２ ８０１９ＡＳ 以 太 网 控 制 芯 片 的 寄 存 器
说明和工作原理
２．１ ８０１９ＡＳ 寄存器说明 ８０１９ＡＳ 共 ３２ 个 输 入 输 出 地 址 ， 地 址 偏 移 量 为 ００Ｈ－ － １ＦＨ， 其中 ： ００Ｈ－ ０ＦＨ 共 １６ 个地址 ， 为寄存器地址。 １０Ｈ－ １７Ｈ 共 ８ 个地址 ， 为 ＤＭＡ 地址。 １８Ｈ－ １ＦＨ 共 ８ 个地址 ， 为复位端口。 ８０１９ＡＳ 芯片共有四页寄存器组 ， 每页 １６ 个寄存
ＤＳＰ 对 ８０１９ＡＳ 芯片的控制主要完成控 制命令发
送、 寄存器读写、 数据发送等功能：


２．２ ８０１９ＡＳ 芯片与 ＤＳＰ 的通信
要 接 收 和 发 送 数 据 包 就 必 须 通 过 ＤＭＡ 读 写 ＲＴＬ８０１９ＡＳ 内部的 １６ＫＢ ＲＡＭ。 ＲＴＬ８０１９ＡＳ 读或写该
引言
随着网络技术和信息技术 的日趋成熟 ， 自动控制 系 统日益采用 网络和 ＴＣＰ／ＩＰ 协议 作 为 最 主 要 的 通 信 接口和手段 ． 以太网作为目前应用最广泛、 成长最快的 局域网技术 ， 得到了超乎寻常的发展。而信息的获取 常常需要经过高速的采集和复杂的处理得到 ． 因此 ， 研 究适应这种需求的技术具有很好的实用价值 ． 数字信号处理器 （ ＤＳＰ） 以其独特的结构设计和快 速实现各种数字信号处理算法的突出优点 ， 发展十分 迅速， 并在数据采集和处理、 通信、 图像处理、 高速控 制、 家用电器等众多领域获得了广泛的应用。 台湾 Ｒｅａｌｔｅｋ 公司生产的 ＲＴＬ８０１９ＡＳ 是一款性能 优良、 价格低廉的以太网接口芯片 ， 它具有符合 Ｅｔｈｅｒ－
３ ＤＳＰ 处 理 器 对 ８０１９ＡＳ 芯 片 控 制
的硬件设计及实现
要使 ＲＴＬ８０１９ＡＳ 正 确 的 工 作 ， 必 须 对 它 的 资 源 中断等 ） 进行配置。 （ 如 Ｉ／Ｏ 基地址、 ＢＲＯＭ 基地址、
３．１ ８０１９ＡＳ 引脚配置
ＤＳＰ 的数据地 址 总 线 Ｄ０－ Ｄ１５ 和 ８０１９ＡＳ 的 直 接 连接 ， 实现寻址、 数据和指令传递。 ８０１９ＡＳ 芯片的引脚 需要进行如下配置 ： ＩＯＣＳ１６ 脚拉为高电平 ， 使 ８０１９ＡＳ 工 作 在 １６ 位 数 据 总 线 模 式 。 ８０１９ＡＳ 的 ＳＭＥＭＲ 和 ＳＭＥＭＷ 引脚接需要高电平 ， 将远程自举加载功能屏 蔽。 由于 ８０１９ 的中断是高有效而 ＤＳＰ 的是低有效 ， 所 以要将 ＩＮＴ０ 反向。 系统的读写状态译码由译码器 （ｄｅｃｏｄｅｒ）实现。其 中 的 ＩＯＷ 和 ＩＯＲ 由 ＤＳＰ 引 脚 Ｒ／Ｗ、 ＩＯＳＴＲＢ 和 ＩＳ 状 态译码得到 ， 保证读写指令只操作到 Ｉ／Ｏ 地址 ， 译码如 下： ＩＯＷ ＝Ｒ／Ｗ ＋ＩＯＳＴＲＢ ＋ＩＳ，ＩＯＲ ＝ ＮＯＴ （Ｒ／Ｗ） ＋