基于ENC28J60的嵌入式网络接口的设计

　　1 引言

　　随着Internet 的出现和以太网的迅速发展， 基于以太网的设备控制越来越多。目前市场上大部分以太网控制器采用的封装均超过80 引脚， 如RTL8019AS、DM9008、CS8900A 等。这些器件不仅结构复杂， 面积庞大， 且系统开销较大。近来， Microchip推出全球首枚28 引脚独立以太网控制器ENC28J60, 可为嵌入式系统提供低引脚数、低成本、精简的远程通讯解决方案。

　　2 ENC28J60 网络接口体系结构

　　ENC28J60 是带有行业标准串行外设接口(Serial PeripheralInterface, SPI)的独立以太网控制器。它符合IEEE 802.3 的全部规范， 采用了一系列包过滤机制以对传入数据包进行限制。它还提供了一个内部DMA 模块， 以实现快速数据吞吐和硬件支持的IP 校验和计算。与主控制器的通信通过两个中断引脚(INT和WOL)和SPI 脚(SO、SI、SCK、CS)实现， 数据传输速率高达10Mb/s.两个专用的引脚(LEDA、LEDB)用于连接LED, 进行网络活动状态指示。图1 所示为ENC28J60 的典型应用电路。

　　ENC28J60 由7 个主要功能模块组成：SPI 接口， 充当主控制器和ENC28J60 之间通信通道; 控制寄存器， 用于控制和监视ENC28J60; 双端口RAM缓冲器， 用于接收和发送数据包; 判优器， 当DMA、发送和接收模块发出请求时对RAM缓冲器的访问进行控制; 总线接口， 对通过SPI 接收的数据和命令进行解析;MAC 模块：实现符合IEEE 802.3 标准的MAC 逻辑; PHY 模块， 对双绞线上的模拟数据进行编码和译码。ENC28J60 还包括其他支持模块， 诸如振荡器、片内稳压器、电平变换器(提供可以接受5V 电压的I/O 引脚)和系统控制逻辑。

　　根据以上说明， ENC28J60 应用于嵌入式网络接口是非常合适的， 有广阔的应用发展前景。

　　3 ENC28J60 在嵌入式网络接口的应用

　　3.1 硬件电路设计

　　利用ENC28J60 可以构成不同功能的网络终端节点， 如网络服务器、带Internet 功能的设备、远程监控(数据采集， 诊断)设备等。图2 所示为基于ENC28J60 的嵌入式网络接口的硬件电路原理图。电路中有：2 个LED 状态指示灯主要用来显示网络连接状态， 包括PHY 是否冲突、连接是否建立、是否接收数据、连接速度、双工模式等; 必需的偏置电阻R3(2kΩ， 精度为1%);高速局域网电磁隔离模块(即RJ45 以太网接口)， 应用中，ENC28J60 的物理端口与隔离变压器HR901170A 连接时必须符合IEEE802.3 对物理层规范的要求， 如RJ45 的插孔与隔离变压器的间隔应尽量小， 输出和输入差分信号对的走线要有很好的隔离。

　　电路中的主控制器采用Atmel 公司的ATmega16 单片机，它具有先进的RISC(精简指令集计算机)结构、16 kB 可编程Flash 存储器、512 B 的EEPROM和1 kB 片内SRAM, 具有丰富的外设接口， 其SPI 接口允许ATmega16 与外设进行高速的同步数据传输。本设计中ATmega16 SPI 配置为主机模式，ENC28J60 为从设备。ATmega16 的SPI 工作模式由CPOL、CPHA 设置， 根据ENC28J60 的SPI 读写时序， ATmega16 的SPI工作模式应设置为模式0.ATmega16 通过将ENC28J60 的CS引脚置低实现与其的同步。SPI 时钟由写入到SPI 发送缓冲寄存器的数据启动， SPI MOSI(PB5)引脚上的数据发送秩序由寄存器SPCR 的DORD 位控制， 置位时数据的LSB(最低位)首先发送， 否则数据的MSB(最高位)首先发送。我们选择先发送MSB,同时接收到的数据传送到接收缓冲寄存器， CPU 进行右对齐从接收缓冲器中读取接收到的数据。