嵌入式系统以太网接口电路设计毕业设计

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1、 第 1 页 共 32 页 1 1 引言引言 1.11.1 研究背景及意义研究背景及意义 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

2、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，

3、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 2。 技术的发展要与实际应用相结

4、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。 第 2 页 共 32 页 1.2 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(CSMACD)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

5、 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 CSMACD 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 3。 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 (SwitchedEthernet)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

6、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 TCPIP 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。 1.3 1.3 本文的工作本文的工作 本文主要研究了基于 ARM 芯片的以太网接口电路设计。 在深入剖析以太网传输 规范协议的基础上， 选择