مخطط تطبيق لتحقيق واجهة إيثرنت المضمنة بناءً على معالج STR710

“مع التطور السريع للشبكة. أصبح تطبيق الأنظمة المدمجة أكثر شمولاً. لا يمكن لوظيفة الكمبيوتر الشخصي فقط الوصول إلى الإنترنت ، ولكن أيضًا يمكن للعديد من الأجهزة والمناشير المدمجة الوصول إلى الإنترنت.تحتاج الأجهزة المضمنة التي يمكنها الوصول إلى الإنترنت إلى إضافة بروتوكول شبكة TCP / IP ، والذي يضع أيضًا متطلبات أعلى للأجهزة و معدات للكشف عن حالة تشغيل نظام الطاقة. تم استخدام الأنظمة المدمجة على نطاق واسع في مختلف المجالات نظرًا لصغر نواة هذه الأنظمة ، وخصوصياتها القوية ، ونظامها المدمج ، وأدائها العالي في الوقت الفعلي.لذلك ، فإن الربط الشبكي للأجهزة المدمجة هو اتجاه التطور العلمي والتكنولوجي حتى الآن.

“

المؤلفون: Wang Guiyun، Hou Sizu

1 المقدمة

مع التطور السريع للشبكة. أصبح تطبيق الأنظمة المدمجة أكثر شمولاً. لا يمكن لوظيفة الكمبيوتر الشخصي فقط الوصول إلى الإنترنت ، ولكن أيضًا يمكن للعديد من الأجهزة والمناشير المدمجة الوصول إلى الإنترنت.تحتاج الأجهزة المضمنة التي يمكنها الوصول إلى الإنترنت إلى إضافة بروتوكول شبكة TCP / IP ، والذي يضع أيضًا متطلبات أعلى للأجهزة و معدات للكشف عن حالة تشغيل نظام الطاقة. تم استخدام الأنظمة المدمجة على نطاق واسع في مختلف المجالات نظرًا لصغر نواة هذه الأنظمة ، وخصوصياتها القوية ، ونظامها المدمج ، وأدائها العالي في الوقت الفعلي.لذلك ، فإن الربط الشبكي للأجهزة المدمجة هو اتجاه التطور العلمي والتكنولوجي حتى الآن.

في المجتمع الاقتصادي اليوم ، يتزايد حمل الطاقة بسرعة ، وأصبح التلوث التوافقي لنظام الطاقة أكثر خطورة ، وهو أهم مؤشر في شبكة الطاقة المستهدفة. استنادًا إلى دراسة الحالة لجهاز المراقبة الذكي القائم على ARM وجهاز الإزالة التوافقية لتوافقيات الجهد ، تركز هذه الورقة على تصميم وتنفيذ واجهة Ethernet المضمنة للمعالج STR710 استنادًا إلى جوهر ARM7.

2 مخطط الكتلة الهيكلية ومبدأ العمل للمراقبة الذكية القائمة على ARM لتوافقيات الجهد وقدرة الإزالة التوافقية

يشمل الهيكل الرئيسي للجهاز: تبديل وحدة إمداد الطاقة ، وأخذ عينات الإشارة ودائرة التكييف ، ودائرة تحويل A / D ، ودائرة ساعة الوقت الحقيقي ، ودائرة تخزين البيانات ، ودائرة منفذ الشبكة ، ودائرة نشر التفاعل بين الإنسان والكمبيوتر ، ووحدة التحكم ARM7. يظهر الرسم التخطيطي لهيكل النظام في الشكل 1.

الشكل 1 مخطط كتلة هيكلية (هيكل)

يتم جمع الإشارات المقاسة ثنائية الاتجاه بواسطة محولات الجهد ، ثم تحويلها إلى إشارات رقمية للمدى المطلوب من خلال تكييف الإشارة ومحولات A / D وإرسالها إلى ARM7 للمعالجة. يمكن لشريحة ARM حساب القيمة الفعالة لكل جهد والمحتوى التوافقي 2-32 باستخدام تحويل FFT ، ثم الرجوع إلى المعيار التوافقي لجهد الشبكة للمعالجة المقابلة. إذا كان التوافقي عالي الرتبة ، فسيؤدي إلى تشغيل التيرستورات على الفور ، ويلغي فقط إشارة الزناد عندما يتم قطعها. ينطفئ المفتاح من تلقاء نفسه بعد أن يتجاوز التيار الصفر. بهذه الطريقة ، يمكن لـ ARM7 التحكم بشكل فعال في وقت التوصيل والتوصيل للثايرستور والقضاء على التوافقيات الضارة.

يعد الحصول على إشارات الجهد أمرًا بالغ الأهمية للقياس الدقيق لأي معلمة لجودة الطاقة عند تردد الشبكة. يتم استخدام محول الجهد الدقيق في الشاشة لتحويل إشارة الدخل إلى إشارة حالية بمستوى مللي أمبير ، والحصول على إشارة الجهد من خلال المقاومة. تتكون دائرة تكييف الإشارة من دائرة تتبع الجهد ، ومعدل الموجة الكاملة ، ودائرة الحلقة المغلقة بالطور ، ودائرة تقسيم التردد. من بينها ، تحافظ دائرة الحلقة المغلقة الطور ودائرة تقسيم التردد على تزامن الإشارة من أجل قياس التوافقيات بدقة. نظرًا لأن الشاشة كافية لمراقبة قناتين من الإشارات ، تحتاج كل قناة إلى أخذ عينات من 256 نقطة من البيانات في غضون 20 مللي ثانية ، وهو ما يتطلب متطلبات أعلى لسرعة شريحة A / D. تتبنى شريحة تحويل A / D للشاشة AD7492 الذي يبلغ أقصى تردد لأخذ العينات فيه 750 كيلو هرتز.

يستخدم جهاز الإزالة التوافقية بشكل أساسي مكونات التيرستورات ، والتي تعمل مباشرة على ملف دلتا المفتوح لمحول الجهد. يتكون جزء الاتصال بشكل أساسي من 232 و 485 ومنفذ الشبكة. يتم إكمال الحساب التوافقي للجهد بواسطة شريحة ARM باستخدام خوارزمية FFT. شريحة ARM7 المستخدمة في هذه المقالة هي STR710 من شركة ST. يعتمد تصميم وتنفيذ واجهة ARM7 Ethernet على متحكم STR710 وشريحة التحكم في Ethernet CS8900A لتصميم الأجهزة ، ويتواصل من خلال بروتوكول TCP / UDP.

من خلال تصميم وتحقيق واجهة Ethernet لشريحة ARM7 وجهاز التحكم CS8900A ، يمكن تحقيق المراقبة والإزالة النشطة عبر الإنترنت. إنه مهم جدًا لصيانة نظام الطاقة.

3 مقدمة إلى STR710

STR710 عبارة عن متحكم دقيق ARM7TDMI 16/32 بت. تتضمن ميزات STR710 ما يلي: دعم بنية RISC 32 بت / 16 بت (ARM v4T). فلاش مدمج على الشريحة وذاكرة RAM تصل إلى 64 كيلو بايت. يحتوي على 4 واجهات ذاكرة خارجية (EMI). مجموعة تعليمات ARM 32 بت ومجموعة تعليمات الإبهام 16 بت. يحتوي على بيانات 16 بت غير متعددة الإرسال وناقل عنوان 24 بت. يدمج STR710 العديد من الواجهات القياسية ، بما في ذلك USB-Device ، و 4 UARTs ، ووحدة تحكم 10Base-T Ethernet ، إلخ. يدمج STR710 أيضًا وظيفة التصحيح JTAG-ICE و UART قناة التصحيح (DBUG).

4 وحدة تحكم إيثرنت CS8900A

وحدة التحكم CS8900A Ethernet عبارة عن شريحة تحكم Ethernet منخفضة التكلفة تم إنتاجها بواسطة Cirrus Logic. وهي تدمج الطبقة الفرعية للتحكم في الوصول إلى الوسائط (MAC) لمعيار بروتوكول IEEE802.3 وتدعم التشغيل ثنائي الاتجاه. لا تحتوي فقط على الوظائف الأساسية لرقائق تحكم Ethernet الأخرى ، ولكن لها أيضًا مزايا فريدة خاصة بها: محسّنة في بنية الصناعة القياسية (ISA) ؛ يمكن أن تتكيف بنية PacketPage الفريدة تلقائيًا مع التغييرات في أوضاع اتصال الشبكة ، مما يشغل موارد أقل للنظام ، وبالتالي زيادة كفاءة النظام ؛ تصميم متكامل للغاية ، مناسب كواجهة شبكة للأجهزة المدمجة الذكية.صمم في هذا المقال

يعتمد هذا التصميم على مخطط واجهة Ethernet المكون من STR710 و CS8900A. يظهر هيكل نظام الأجهزة والبرامج في الشكل 2:

الشكل 2 مخطط هيكل النظام (الشكل 2: هيكل النظام)

5 دائرة الأجهزة

بالاقتران مع خصائص المعالج الدقيق STR710 و CS8900A ، يظهر الرسم التخطيطي لجهاز الاتصال لواجهة Ethernet المضمنة في الشكل 3.

(1) يتم توصيل إشارة القراءة (IOR non) لنهاية CS8900A بإشارة القراءة (RD) الخاصة بـ STR710 والذاكرة خارج الشريحة CS1 (البنك 1) من خلال بوابة OR (74HC32).

(2) إشارة الكتابة (منخفضة ليست) لنهاية CS8900A متصلة بإشارة الكتابة (WEO) الخاصة بـ STR710 والذاكرة خارج الشريحة CS1 (البنك 1) من خلال بوابة OR (74HC32).

(3) يتم توصيل ناقل البيانات D0-D15 وفقًا لذلك لنقل البيانات بمعدل 16 بت.

(4) ناقل عنوان CS8900A (SA1-SA3) متصل بـ STR710 (A12-A14) ، ناقل عنوان CS8900A SA0 وتمكين ناقل النظام (SBHE non) متصلان بناقل عنوان STR710 A11.

(5) إشارة إعادة التعيين متصلة في المقابل.

الشكل 3. مبدأ توصيل الأجهزة

6 تنفيذ البرامج

6.1 تصميم برنامج وحدة القيادة CS8900

تتبنى هذه المقالة وضع الإدخال / الإخراج لـ CS8900A. يشتمل برنامج وحدة التشغيل CS8900 على ما يلي:

(1) قم بتعيين عنوان Ethernet الفعلي ، والذي يمكن تعديله قبل تهيئة CS8900. (2) تحديد نوع الإطار المستقبَل ، بيانات إيثرنت. يقوم منفذ العنوان (3) بتعيين وضع العمل ، وضع 8 بت أو 16 بت. يعتمد هذا التصميم على وضع 16 بت ، في هذا البحث ، يتم توصيل SBHE و SA0 في CS8900 بناقل العنوان A11 من STR710 ، بحيث يعمل في وضع 16 بت. اضبط وضع التسجيل والمقاطعة المستخدم في عملية إرسال حزم البيانات واستلامها. (4) إرسال طلب إطار. تهيئة CS8900. عملية إرسال واستقبال الحزم.

نظرًا لأن سطر العنوان CS8900A SA0 متصل بناقل العنوان STR710 A11 (انظر الرسم التخطيطي في الشكل 3) ، يجب إزاحة عنوان المنفذ للوصول إلى CS8900A بمقدار 11 بت إلى اليسار. نطاق العنوان الخاص بالذاكرة خارج الشريحة Bank1 هو 0x62000000-0x62FFFFFF. أي أن العنوان الأول هو 0x62000000. يمكن تعريف الإجراء المتعلق بعنوان منفذ Ethernet على النحو التالي:

#define ETH_Port (n) (* (vu 16 *) (0x62000000 I (n)》》 11)) يظهر مخطط تدفق البرنامج لتهيئة CS8900 في الشكل 4:

الشكل 4 مخطط تدفق البرنامج

6.2 تنفيذ حزمة بروتوكول LwIP

يرمز LwIP إلى بروتوكول Lightweight IP ، وهو عبارة عن مجموعة من مجموعات بروتوكولات TCP / IP مفتوحة المصدر للأنظمة المدمجة التي طورها Adam Dunkels من معهد الكمبيوتر السويسري (SICS). تأخذ مساحة صغيرة. على أساس حماية الوظائف الرئيسية للبروتوكول ، يتم تقليل شغل ذاكرة الوصول العشوائي وذاكرة القراءة فقط. بشكل عام ، لا يحتاج سوى عشرات K من ذاكرة الوصول العشوائي وحوالي 40 كيلو بايت من ROM للتشغيل. تنفذ LwlP بروتوكولات IP و CMP و UDP و TCP كاملة نسبيًا. لديها وظائف مثل تقدير المهلة ، الاسترداد السريع وإعادة الإرسال ، وتعديل النافذة. يوفر مكدس البروتوكول مجموعة من وظائف API لاستدعاء التطبيقات ، وهو أمر مناسب للبرمجة. بسبب آلية تخزين حزم البيانات المرنة. لا يلزم نسخ البيانات المرسلة والمستلمة بين بروتوكولات الطبقة المختلفة ، كما أن استهلاك الذاكرة صغير.

يتضمن تنفيذ بروتوكول UDP في هذا التصميم ما يلي: (1) تعيين عنوان ومنفذ UDP IP الخاص بالاتصال ، وتعيين نوع المخزن المؤقت للإرسال (2) تعيين وظيفة UDP ، وتخصيص UDP PCB جديد ، وتخصيص الذاكرة لإعادة تعيين المخزن المؤقت (3) CS8900A (4) تهيئة المخزن المؤقت الداخلي وواجهة الشبكة لـ LwIP ، قم بتعيين عنوان MAC (5) قم بتعديل تكوين الشبكة الافتراضي ليناسب الاحتياجات المحددة. تكوين عنوان الشبكة. البوابة ، قناع الشبكة الفرعية (6) قم بإنشاء واجهة شبكة LwlP ، وقم بتعيينها كواجهة شبكة افتراضية وابدأ واجهة الشبكة (7) تهيئة وحدات IP و TCP و HTTP (8) ربط منفذ UDP وتحديد وظيفة رد الاتصال والاستلام من حزم NIC ، هل تقبل أي حزم؟ إذا كان هناك. قم بتسليم الحزمة إلى LwlP للمعالجة.

7. الخاتمة

مع التطور السريع للاقتصاد والتكنولوجيا ، تستمر الأحمال غير الخطية للعديد من الأجهزة المنزلية مثل أفران القوس الكهربائي في الزيادة ، مما يؤدي إلى زيادة المستويات التوافقية في نظام الطاقة. لذلك ، لا يمكن تجاهل الضرر الذي يلحق بالتشغيل الآمن لنظام الطاقة بسبب التيار الزائد والجهد الزائد الناتج عن رنين النظام الناتج عن التوافقيات. ، له أهمية كبيرة للتشغيل الآمن لنظام الطاقة.

نقطة الابتكار للمؤلف: تم اقتراح طريقة تحقيق تعتمد على واجهة إيثرنت ARM7 المضمنة ضمن مكدس بروتوكول LwlP المزروع. وتستخدم بنجاح للتنفيذ على لوحة تطوير ARM7. في الوقت الحاضر ، أصبح معالج ARM هو المعالج المدمج الأكثر استخدامًا نظرًا لأدائه العالي وتكلفته المنخفضة واستهلاكه المنخفض للطاقة ، كما أن أداء وحدة التحكم في الإيثرنت CS8900A ممتاز. استهلاك منخفض للطاقة ونقطة انتظار منخفضة السعر. تحتل نسبة كبيرة في تطبيقات الشبكة المدمجة 10Mb / s في السوق.لذلك ، فإن البحث عن أجهزة المراقبة الذكية التوافقية للجهد القائم على ARM وأجهزة الإزالة التوافقية ، وخاصة تنفيذ واجهة إيثرنت ARM7 المدمجة ، مهم جدًا للوقاية والقمع. من المؤكد أن تباطؤ الرنين التوافقي سيكون له احتمالية جيدة للتطبيق.