CP2200控制器的嵌入式以太网接口设计方案

CP2200 可以为具有 11 个以上端口 I/O 引脚的任何微控制器或主处理器增加以太网通信功能。本文使用通用型单片机 C8051F020、以太网控制 CP2200 和经过自行裁剪的 TCP/IP 协议栈，构成了嵌入式系统的以太网接口。

1. 微控制器 C8051F020 C8051F020[2]是美国 Silabs 公司推出的 C8051F 系列单片机中的通用型单片机。C8051 系列是片上系统（SOC）单片机。片上系统（SOC）是把计算机常用的一些数字和模拟外设等全部都做在一块芯片上，使它成为一个完整的模拟数据采集与控制系统，这使得以 8051 为内核的单片机上了一个新的台阶。C8051F020 是完全集成的混合信号系统级 MCU 芯片，100 脚 TQFP（Thin Quad Flat Packeage）封装，MCU 可在工业温度范围（-45℃到+85℃）内工作，具有高速、流水线结构，与 8051 的微控制器内核 CIP-51 兼容。

2. 以太网控制器 CP2200 CP2200 是 Silabs（Silicon Laboratories）公司于推出的一款针对工业控制领域的以太网控制器，集成了 IEEE 802.3 以太网媒体访问控制器（MAC）、10Base-T 物理层（PHY）和 8KB 非易失性 FLASH 存储器的单芯片以太网控制[1]器。8 位并行总线接口支持 Intel 和 Motorola 总线方式，可以使用复用或非复用方式寻址。

CP2200 有 28 脚 QFN 和 48 脚 TQFP 两种封装。28 脚 QFN 封装只支持复用方式寻址。有方式选择引脚，用于选择总线接口方式。 CP2200 有 8KB 片内 FLASH 存储器，可用于存储用户常数、Web 服务器内容或作为通用非易失性存储器。FLASH 存储器的最后 6 个存储单元是工厂预编程的唯一 48 位 MAC 地址，这样可以从大多数嵌入式系统的生产过程中消除必不可少的序列化步骤。CP2200 完全兼容 100/1000 BASE-T 网络，可以工作在全双工或半双工模式，自适应，能进行自动极性检测和纠正，具有碰撞自动重发功能，能自动填充和生成 CRC，支持广播和多播 MAC 寻址。

工作的温度范围在-40°C 到+85°C 之间。 CP2200 的系统结构图如图 1 所示。

3. 以太网接口硬件设计在嵌入式系统中，扩展以太网接口，通常有下面两种方法：

1.以太网接口由不带网络接口控制器的嵌入式处理器和以太网接口芯片组成。以太网接口芯片和嵌入式处理器通过总线相连。此方法通用性强，不受处理器的限制，但由于处理器和网络通过外部总线交换数据，速度慢。

2.选择带有以太网接口的嵌入式处理器。这种方法要求嵌入式处理器有通用的网络接口控制器。处理器和网络数据交换通过内部总线，速度快。 这里选用前一种方法来实现嵌入式系统的以太网接口，其主要由 C8051F020 单片机和单芯片以太网控制器 CP2200 构成，如图 2 所示，单片机控制数据采集和传输，以太网控制器 CP2200 负责将数据发送到因特网或从网络上接收数据包。 图 2 以太网接口结构框图本以太网接口单元是中国民航总局科技基金项目“机场噪声自动监测与数据传输的研究与实现”中 Internet 接入设备的重要组成部分。

Internet 接入设备的主要功能是将噪声数据传送到 Internet 局域网上。单片机将从现场采集的数据，通过以太网控制器芯片发送到 Internet 上，以太网服务器端接收该数据包。服务器发送数据的流向与之相反，来自服务器的以太网帧数据，通过 RJ45 接口送到以太网控制器，处理后的数据包再送入单片机协议栈。深圳 pcb 抄板这里使用的是 48 引脚的 CP2200，这样可以不用工作在复用模式。单片机 C8051F020 与以太网控制器 CP2200 采用并口相连接，CP2200 有一个 8 位的并行主机接口用于访问该设备上的直接寄存器。

串行口代表数据采集，CP2200 通过 RJ45 接口接入 Internet 网。4. 以太网接口软件设计

4.1 CP2200 驱动程序以太网中，网络接口就是一个以太网控制芯片及其驱动程序。以太网接口驱动程序包含管理控制器芯片与网络协议栈中上一层之间通信的程序代码，为了在以太网上传送 IP 数据报，IP 层将数据报传递给以太网控制器的驱动程序，驱动程序指示以太网控制器传送以太网帧。在接收来自网络的 IP 数据报时，以太网控制器检查目标地址是否与接口硬件地址或控制器可接收的组播或广播地址一致，如果一致，则控制器检查错误，驱动程序把数据报或出错指示传递给 IP 层。这里以太网接口驱动程序主要是 CP2200 的初始化配置和收发配置。