基于CO2128的网络信号转换系统设计

引言

　　随着信息科学的快速发展， 人们对数据采集后的信号形式的要求越来越多， 单一的信号形式已经没有办法满足实际工程的需要。网络信号、USB总线信号、RS232总线信号以及CAN总线信号等形式是目前应用比较广的总线形式， 但它们之间的互换仍然存在问题， 一直受到复杂的网络协议所限。而对于网络信号的转换， 都得通过复杂的算法才能实现， 因而无法满足对时实性要求较高的场合。

　　1 系统总体设计

　　本文给出的基于CO2128器件的网络信号转换平台主要通过CO2128提供的端口来实现CAN总线、RS232总线、USB总线及网络端口间的相互转换。该设计在保证数据准确的前提下， 减少系统开销和提高速度是本设计的重点。通过设计，进而能够构成一个中型/大型的远程监控/数据传输网络， 其中CAN-以太网设备的功能是实现从CAN总线数据到以太网数据的“透明” 传输。本设计的总体结构如图1所示。

图1 系统总体结构框架。

　　2 硬件设计

　　2.1 CO2128简介

　　CO2128SEC固件可支持10个同时主动的TCP/UDP Socket 连接、两个侦听Socket 和一个加密SSL3/TLS1 Socket。其加密特性包括一个硬件随机数字产生器、SHA-1/256 加密Hash 加速器、AES-128/192/256加密加速器、3DES和SSL3/TLSI、WEP、WPA以及WPA2 WiFi加密。同时还配置了在LAN/WiFi和PSTN/GRPS/CDMA间的路由IP包。在这种称为iRouter的模式下， 多个iChip可在没有AP的情况下组成一个ad-hoc网络。

　　CO2128SEC可以在主处理器的内存中保存Internet协议栈和配置参数。该固件能够从CO2128SEC外部SPI Flash运行。也可以通过RS-232、两线制接口、SPI或USB来装载固件。该芯片内部包括一个32位ARM7TDMI RISC处理器内核、256KB的SRAM以及可访问外部存储器或通讯设备的BUS， 同时集成了BootLoader， 能通过接口从主处理系统装载固件。CO2128SEC的外围设备包括带有RMII的10/100 BaseT以太网MAC、USART、两个SPI、两线制接口、HPI和EBI高速并行接口。此外， 还具有多种节能工作模式。

　　iChipSec CO2128 器件克服了加密的端对端IP通讯的所有复杂障碍。它不需要大量地改编程序， 因为CO2128 使用AT+i API， 因而从主机设备卸载了WiFi驱动、安全加密和网络协议等荷载， 从而大大减轻了主处理器的负担。CO2128可支持LAN、WiFi和所有拨号上网/无线网络接入类型， 它内置充分安全的TCP/IP协议栈和上层协议(如SMTP、POP3、MIME、HTTP、WAP、FTP和Telnet)。同时包含一个完整的Web服务器， 可用于芯片参数配置和简单的应用程序管理。该芯片可利用十个同时的TCP/UDP Socket和二个侦听的Socket 以及POP3、SMTP、MIME、FTP、Telnet、HTTP/HTTPS客户端， 支持SerialNET模式。

　　而且在此模式下， iChip可截取AT+i命令并让主设备进入Internet模式。此后， iChip将透明发送主设备发来的任何AT命令到通讯设备。

　　2.2 DM9161收发器

　　DM9161是一种100/10M自适应快速以太网物理层单片收发器， 可支持自动路由功能和自动的协议选择功能。同时， 由于其内部具有需延修整功能的网络滤波器， 所以， 其外围电路不需要增加滤波器， 这样可以减小外部辅助电路。

　　2.3 DSP芯片

　　本设计中使用的DSP 是TI 公司的TMS320LF2407， 这款DSP具有SCI和CAN总线接口， 并可以通过简单的程序快速地实现两种信号的转换。TMS320LF2407采用高性能静态CMOS技术， 供电电压为3.3 V， 故可减小控制器的功耗。

　　30MIPS的执行速度使得指令周期缩短到33 ns，从而提高了控制器的实时控制能力。

　　但在设计网络接口时， 要十分注意PCB板的信号线布局。通常要把网络变压器放在距离DM9161 和RJ45 插座尽量近的地方， 且距离DM9161不能超过20 mm； 把50Ω的终端电阻放在离网络变压器和DM9161的RX+-， TX+-引脚尽量近的地方。50欧电阻和RX、TX的接地电容需放在DM9161附近， 不能超过10 mm； 25 MHz晶体不能放在重要信号周围。从DM9161的RX到网络变压器和RJ45的走线必须对称、直接、平行并靠拢。不要走直角、走45度。布RX和TX时， 应避免使用过孔。RX、TX、CLK和电源走线要求尽量短。RX和TX不能交叉， 相距要在3 mm以上，最好在之间布根地线。从DM9161的RX和TX对到RJ45之间不要走任何数字线路。要保持这两对信号远离其它信号和大地。在网络变压器和RJ45下面决不能有地平面或电源平面。所有RJ45的终端引脚(4， 5， 7， 8) 和网络变压器必须紧靠在一起并通过一颗电阻和0.01 uF/2 kV 电容接地。

　　BANDGAP电阻必须布在尽量靠近47和48脚旁边(不超过3 mm)。应避免让任何高速信号位于这个电阻附近(到晶振必须大于3 mm)。图2所示是本系统物理层和网络接口的硬件电路。

图2 物理层及网络接口的硬件电路。