嵌入式网络控制器CS6208及其应用

摘要：CS6208是Myson Century公司推出的专门用于网络控制和传输的芯片，它基于8051体系结构硬件平台的支撑，使用Keil 51编译环境，处理速度与8051系列单片机相比有很大的提高，支持IEEE 802.37线ＥＮＤＥＣ接口以及TCP/IP、ARP、UDP等协议，并且集成有４周期的8051和一个以太网接口。由于它把TCP/IP协议栈函数已封装起来，因此，用户只需调用它的API函数即可完成操作。文章介绍了CS6208的原理、特点和引脚功能，给出了CS6208的一种典型应用设计电路。 关键词：CS6208；TCP/IP；网络控制 １ 概述 ＣＳ６２０８是Ｍｙｓｏｎ Ｃｅｎｔｕｒｙ公司最新推出的嵌入式网络微控制器，尤其适用于一些网络控制和传输的场合。该器件基于８０５１体系结构硬件平台的支撑，使用Ｋｅｉｌ ５１编译环境并且处理速度比８０５１系列单片机有很大的提高。通常８０５１单片机中的１２个时钟周期可组成一个机器周期，而在ＣＳ６２０８中只需要４个时钟周期，因此在相同的时钟周期下，ＣＳ６２０８的处理速度是５１系列单片机的３倍。ＣＳ６２０８将ＴＣＰ／ＩＰ协议栈的底层函数标准化，并把它封装成ＡＰＩ函数。这样，原来用户要编写ＴＣＰ／ＩＰ协议代码才能解决的问题现在只需调用ＡＰＩ函数即可解决，因而大大缩短了产品的开发周期；ＣＳ６２０８内部集成了４周期的８０５１和一个以太网控制器，并配备有标准１０ＭＨｚ以太网接口（包括ＭＡＣ和ＰＨＹ），同时支持ＡＲＰ、ＩＣＭＰ、ＩＰ、ＵＤＰ、ＴＣＰ、ＤＮＳ、ＤＨＣＰ、ＨＴＴＰ等常用协议，应用技术门槛极低，用户无需自己开发ＴＣＰ／ＩＰ等核心协议程序，特别适合传统行业的产品改造和升级，而且极其方便；ＣＳ６２０８把原来需要单片机和ＭＡＣ控制器两个芯片才能解决的网络接入问题集成到了一起，从而大大降低了产品的成本；此外，它的节能机制更加科学高效，ＣＰＵ核仅工作在１．８Ｖ。系统工作在６０ＭＨｚ时，如果输入电压为５Ｖ，典型电流值为２５８ｍＡ在节能模式下仅为１２８ｍＡ。 图1 ２　引脚功能及芯片主要特点 ２．１ 引脚功能 图１所示是ＣＳ６２０８的引脚排列。 ２．２ 主要特点 ＣＳ６２０８内部的功能模块组成框图如图２所示。其主要特点如下： ●ＣＰＵ 基于８０５１体系结构的硬件平台，它的时钟在内部可编程，系统最高可工作在６０ＭＨｚ。 ●存储器结构 片内有６５ｋ字节ＲＯＭ和３２ｋ字节的ＲＡＭ存储器，外部最多可以扩展到９８ｋ字节数据存储器和１３１ｋ字节程序存储器。 ●串口和计数器 全双工的通用串口和计数器，与８０５１单片机相类似，同时，该芯片内部还集成有看门狗电路，而且其串口具有增强的自动地址识别和帧检错功能。 ●中断 具有８个中断源和３个中断优先级。 ●网络接口 集成有１０／１００ＭＨｚ以太网控制器和ＩＥＥＥ ８０２．３ ７线ＥＮＤＥＣ接口内部有发送缓冲区和接收缓冲区，通过硬件能够自动计算各类网络协议栈中的校验和。 ●Ｉ／Ｏ 带有４个８位数字双向通用Ｉ／Ｏ，它们具有超强驱动能力以及３．３Ｖ和５Ｖ的输入输出能力。 ●协议 编制的应用程序可以访问ＴＣＰ／ＩＰ网络协议栈，同时支持ＡＲＰ、ＩＣＭＰ、ＩＰ、ＵＤＰ、ＴＣＰ、ＤＮＳ、ＤＨＣＰ、ＨＴＴＰ等常用协议和软件，用户也可根据需要增加自己的协议。 ●Ａ／Ｄ 内含四通道７位模数转换器。 ●电源管理 具有可编程的自动监测掉电和复位模式，ＣＰＵ核工作在１．８Ｖ。 ３ 工作原理 ＣＳ６２０８物理层支持以太网接口和ＲＳ２３２串口的点到点协议。在ＣＳ６２０８中，每一个以太网的发送缓冲区是１．５ｋ字节，其接收缓冲区也经常使用的，因为数据有时是以猝发形式收到的，因此，当收到数据时，就把收到的数据放到这个缓冲区中，然后由数据链路层直接从该缓冲区取走数据。链路层通常包括操作系统中的设备驱动程序和计算机中对应的网络接口卡，它们将一起处理与电缆的物理接口细节数据，其缓冲区可用来暂时存储要发送或接收的数据帧。网络层则处理分组在网络中的活动，比如分组的选路等。传输层可为两台主机的应用程序提供端到端的通信。在ＴＣＰ／ＩＰ协议族中有两个互不相同的协议ＴＣＰ和ＵＤＰ；其中ＴＣＰ为两台主机提供可靠的数据通信，而ＵＤＰ则提供一种简单的服务。对于ＴＣＰ发送过程而言，应用程序把数据先写到缓冲区中，再写到ＴＣＰ的发送缓冲区，然后写到数据链路层的缓冲区，最后再通过以太网发送缓冲区到网络上。ＴＣＰ的接收数据过程与此类似，每一个ＴＣＰ套节字的接收缓冲区是可选的，如果应用程序要使用这个接收缓冲区，那么传输过来的数据就先写到这个缓冲区中，之后再从这里取走，如果没有这个接收缓冲区，接收来的数据就会直接送给应用程序。在这种情况下，对于ＵＤＰ来说，其过程还相对简单，应用程序只要把缓冲区中的数据送到数据链路层缓冲区中，然后通过以太网发出去即可，而应用层则要负责处理特定的应用程序细节，这就要求每一个应用程序都有自己的缓冲区，这在一些标准的ＴＣＰ应用程序（如ＰＯＰ３、ＳＭＴＰ、ＨＴＴＰ、ＦＴＰ）中是很常见的。具体的数据处理过程见图３所示，图中箭头所指是数据的流向。 ４　ＣＳ６２０８的应用 ＣＳ６２０８特别适用于网络传输，尤其是在接入到Ｉｎｔｅｒｎｅｔ时，可以非常方便地用于社区安全管理、监控、家居安全、小型仪器设备的网络化升级和信息家电等。原来需要专门工具、软件，且需花费很长的研发时间才能实现的远程管理和控制，现在使用普通ＩＥ或者ＮｅｔＳｃａｐｅ等常用浏览器软件，通过Ｉｎｔｅｒｎｅｔ即可实现远程访问和控制，因而是信息家电等设备Ｉｎ-ｔｅｒｎｅｔ化升级换代的有力工具。它的处理速度能够达到一般网络接入的要求，由于ＣＳ６２０８支持ＡＲＰ、ＩＣＭＰ、ＩＰ、ＵＤＰ、ＴＣＰ、ＤＮＳ、ＤＨＣＰ、ＨＴＴＰ等常用协议，且应用技术门槛极低，因而无需用户自己开发ＴＣＰ／ＩＰ等核心软件，特别适合传统行业的产品改造和升级；同时它也可以实现ＲＳ２３２到以太网口的传输，以使数据轻松接入网络。ＣＳ６２０８的外部数据输入端可以是ＳＲＡＭ或者ＦＩＦＯ接口，数据经处理后直接发送至局域网或者连接到Ｉｎｔｅｒｎｅｔ用户，而且ＣＳ６２０８的双向通用串口和两个Ｉ２Ｃ总线接口可以方便地扩展使用。图４是笔者用ＣＳ６２０８设计的网络摄像机系统的网络收发服务器子系统（图像压缩模块图中未画）。在该系统中，ＣＳ６２０８作为服务器，压缩系统模块不断地把图像数据写到ＦＩＦＯ中，ＣＳ６２０８则不断从ＦＩＦＯ中读取数据并进行处理，然后通过网络发送到局域网或因特网上。图中的ＥＥＰＲＯＭ是用来存储ＣＳ６２０８程序的，串口ＥＥＰＲＯＭ通过Ｉ２Ｃ总线来配置服务器的ＩＰ地址、ＭＡＣ地址、子网掩码、网关等信息，主机可以选择直接通过左侧串口对ＣＳ６２０８服务器进行控制，从而大大方便用户的使用。实际使用证明：该系统工作非常稳定可靠，具有较高的数据吞吐量。