圖3 時(shí)鐘電路

　?。?）系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)。TMS320VC5402芯片采用雙電源供電，DSP的核內(nèi)電壓和I/O接口電壓分別為1.8V和3.3V， 本系統(tǒng)需要三種電源，電壓為5V、3.3V和1.8V。其中，RTL8019AS網(wǎng)卡芯片和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路均采用5V電源供電。DSP的雙電源解決方案采用TPS73HD318實(shí)現(xiàn)，輸入的電源電壓為5V，輸出電壓分別為3.3V和1.8V，每路電源的最大輸出電流為750mA。

　　2.3 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

　　FLASH存儲(chǔ)器與EPROM相比，具有更高的性能價(jià)格比，而且體積小、功耗低、可電擦寫、使用方便，并且3.3V的FLASH可以直接與DSP芯片連接。因此，采用FLASH作為程序存儲(chǔ)器存儲(chǔ)程序和一些固定數(shù)據(jù)是一種比較好的選擇。本系統(tǒng)的程序存儲(chǔ)器選用了一片AT29LV020 FLASH存儲(chǔ)器。此芯片有256K×8的存儲(chǔ)空間，最快讀取速度為100ns。所以在讀取程序時(shí)，要使主頻低于10MHz。

　　2.4 接口電路設(shè)計(jì)

　　（1）模擬量輸入接口。模擬量輸入通道采用了TI公司生產(chǎn)的TLV2544芯片，當(dāng)與DSP芯片連接時(shí)，可用一個(gè)幀同步信號(hào)FS來(lái)控制一個(gè)串行數(shù)據(jù)幀的開始。采用TMS320VC5402提供高速、雙向、多通道帶緩沖串行端口MCBSP，可用來(lái)與串行A/D轉(zhuǎn)換器直接連接。

　?。?）以太網(wǎng)擴(kuò)展接口。實(shí)現(xiàn)嵌入式智能儀表的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，首要的問題就是要讓智能儀表具有以太網(wǎng)接口。臺(tái)灣Realtek公司生產(chǎn)的RTL8019AS以太網(wǎng)接口芯片可以讓嵌入式控制器具有通用計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)接口。

　?。?）RS-232串行接口設(shè)計(jì)。RS-232-C并未定義連接器的物理特性，因此存在DB-25， DB-15和DB-9等多種類型的連接器。DSP為了同現(xiàn)場(chǎng)智能儀表的串口相連，我們用MAXIM公司的MAX3111來(lái)完成EIA到TTL電路之間的電平和邏輯關(guān)系的轉(zhuǎn)換。

　?。?）RS-485串行通信接口。RS-485是為了適應(yīng)遠(yuǎn)距離、分布式控制系統(tǒng)的需要而制定的一種串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)。它支持多節(jié)點(diǎn)、遠(yuǎn)距離傳輸。RS-485標(biāo)準(zhǔn)采有用平衡式發(fā)送，差分式接收的數(shù)據(jù)收發(fā)器來(lái)驅(qū)動(dòng)總線。為了擴(kuò)展終端連接設(shè)備的數(shù)量，本設(shè)計(jì)增加了RS-485接口。DSP與RS-485串口的連接使用MAXIM公司的MAX3140UART通信芯片來(lái)完成。

3 嵌入式TCP/IP協(xié)議設(shè)計(jì)

　　3.1總體數(shù)據(jù)流設(shè)計(jì)

　　嵌入式TCP/IP的總體數(shù)據(jù)流圖如圖4所示。

　　圖4 嵌入式TCP/IP的總體數(shù)據(jù)流圖

　　應(yīng)用程序通過(guò)Socket應(yīng)用編程接口使用TCP/IP協(xié)議棧提供的數(shù)據(jù)通訊功能[3]。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，如果選擇的是面向連接的TCP協(xié)議，則應(yīng)用程序?qū)⒂脩魯?shù)據(jù)交給TCP協(xié)議模塊處理，TCP模塊將其首部和數(shù)據(jù)封裝成TCP報(bào)文段；如果選擇的是無(wú)連接的UDP協(xié)議，則將用戶數(shù)據(jù)交給UDP協(xié)議模塊處理，UDP模塊將其首部和數(shù)據(jù)封裝成UDP數(shù)據(jù)報(bào)。然后將封裝好的TCP報(bào)文段或UDP數(shù)據(jù)報(bào)交給IP協(xié)議模塊，IP模塊在TCP報(bào)文段或UDP數(shù)據(jù)報(bào)上添加IP首部，并封裝成IP數(shù)據(jù)包，然后根據(jù)路由表為IP數(shù)據(jù)包確定路由;找到了路由則將數(shù)據(jù)包發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)接口層，網(wǎng)絡(luò)接口層判斷發(fā)送的數(shù)據(jù)是從以太網(wǎng)接口還是從異步串口發(fā)出，如果是從以太網(wǎng)接口發(fā)出，則要利用ARP協(xié)議找到目的IP地址對(duì)應(yīng)的物理地址，然后封裝成以太網(wǎng)幀，由網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒁蕴W(wǎng)幀發(fā)送出去。

　　3.2 總體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

　　TCP通過(guò)一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為每個(gè)TCP連接協(xié)調(diào)發(fā)送、接收和重發(fā)動(dòng)作，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)稱作TCP傳輸控制塊TCB。TCP為每個(gè)活躍的連接保留一個(gè)TCB，TCB中包含了有關(guān)TCP連接的所有信息，包括連接端點(diǎn)的地址和端口號(hào)，當(dāng)前平均往返時(shí)間的估計(jì)值，發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)，是否需要確認(rèn)或重傳，以及一組有關(guān)該連接的使用情況的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，所以TCB較大，本設(shè)計(jì)對(duì)TCB進(jìn)行了簡(jiǎn)化，只保留了用于控制面向連接的數(shù)據(jù)收發(fā)所必需的基本信息。

　　用于UDP協(xié)議的數(shù)據(jù)收發(fā)控制塊UTCB包含了UDP端結(jié)點(diǎn)的所有信息：外部和本地IP地址、外部和本地端口號(hào)以及其它控制信息。UTCB的使用及分配與TCB完全一樣，只是因?yàn)閁DP不需要建立連接，所以只要有數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送，則立即分配UTCB，一旦數(shù)據(jù)發(fā)送完成，則釋放該UTCB。

4 嵌入式控制器軟件設(shè)計(jì)

　　根據(jù)系統(tǒng)的控制要求和編程的需要，將系統(tǒng)軟件的模塊劃分如下部分，共分六個(gè)模塊，分別是主控模塊、初始化模塊、協(xié)議封裝模塊、協(xié)議拆包重組模塊、網(wǎng)絡(luò)接口模塊和應(yīng)用層應(yīng)用模塊。圖5分別是各模塊之間的邏輯關(guān)系。

　　圖5軟件系統(tǒng)模塊之間的關(guān)系

　　（1）主控模塊設(shè)計(jì)。主控模塊中通常包含一些變量的定義和函數(shù)的調(diào)用。另外一些重要的I/O端口定義也放在主控函數(shù)中。在主控模塊中定義了延時(shí)信號(hào)函數(shù)、端口設(shè)置函數(shù)、同步串口設(shè)置函數(shù)、中斷服務(wù)函數(shù)等。系統(tǒng)工作時(shí)程序從主控模塊的main()函數(shù)開始運(yùn)行，首先是調(diào)用DSP及RTL8019AS的初始化程序，完成初始化之后，主程序以一個(gè)無(wú)條件循環(huán)進(jìn)入工作狀態(tài)。

　　（2）初始化模塊設(shè)計(jì)。系統(tǒng)軟件在運(yùn)行的時(shí)候首先要調(diào)用初始化程序，對(duì)系統(tǒng)的各資源進(jìn)行初始化，然后才能正常工作。初始化模塊包括了四個(gè)初始化函數(shù)，分別是net_init()、dsp5402_init()、interrupt_init()、nic_atl_init()。

　?。?）協(xié)議封裝模塊設(shè)計(jì)。協(xié)議封裝部分的作用是將數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，并以不同的協(xié)議打包封裝使其成為符合TCP/IP協(xié)議規(guī)范的分組數(shù)據(jù)。在設(shè)計(jì)中，對(duì)于不同協(xié)議的封裝，分別由不同的函數(shù)實(shí)現(xiàn)。在本系統(tǒng)中，監(jiān)控終端系統(tǒng)需要對(duì)位于網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議、位于傳輸層的TCP協(xié)議進(jìn)行封裝。封裝順序是先傳輸層協(xié)議TCP封裝，后網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議IP封裝。之后傳入網(wǎng)絡(luò)接口模塊發(fā)送出去。

　?。?）協(xié)議拆包重組模塊設(shè)計(jì)。本模塊的工作過(guò)程是這樣的，數(shù)據(jù)從以太網(wǎng)上被接收下來(lái)之后，首先會(huì)放在網(wǎng)卡芯片的片上內(nèi)存當(dāng)中，由DSP即網(wǎng)絡(luò)接口模塊將其讀入后<