車(chē)輛中引入以太網(wǎng)的電路設(shè)計(jì)—電路圖天天讀（293）

　　車(chē)輛中引入以太網(wǎng)連接正成為一種快速發(fā)展的趨勢(shì)。100Mbps標(biāo)準(zhǔn)提供快速?gòu)?qiáng)大的數(shù)據(jù)互連，適用于ADAS功能，例如診斷和Flash下載、遠(yuǎn)程信息處理和雷達(dá)。它還支持新一代信息和娛樂(lè)消費(fèi)電子應(yīng)用。隨著以太網(wǎng)功能的擴(kuò)展，它將成為車(chē)輛的高寬帶基礎(chǔ)。

　　控制器局域網(wǎng)（Controller Area Network，CAN）總線(xiàn)是為解決現(xiàn)代汽車(chē)控制設(shè)備與測(cè)試儀器之間數(shù)據(jù)交換而開(kāi)發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，主要用于各種設(shè)備的檢測(cè)及控制。

　　1 芯片選擇

　　1.1 CP2200芯片介紹

　　CP2200芯片是Sificon Labs公司推出的工業(yè)界體積最小、性能最高、8位總線(xiàn)控制的以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)芯片，支持IEEE802·3以太網(wǎng)媒體訪(fǎng)問(wèn)MAC控制協(xié)議，支持 10BASE／T物理層，完全兼容100／1 000 BASE T網(wǎng)絡(luò)，可以工作在全雙工或半雙工模式，能進(jìn)行自動(dòng)極性檢測(cè)和糾正，具有碰撞自動(dòng)重發(fā)功能，能自動(dòng)填充和生成CRC，支持廣播和多播。CP2200內(nèi)部帶有2 k字節(jié)的發(fā)送緩存和4 k字節(jié)的接收緩存，還有8 k字節(jié)的內(nèi)部Flash存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)用戶(hù)常數(shù)、Web服務(wù)器內(nèi)容，它的最后6個(gè)存儲(chǔ)單元是工廠預(yù)編程的唯一48位MAC地址。此芯片采用48管腳的 TQFP封裝，工作的溫度范圍在-40～+85℃，可為具有11個(gè)以上I／O引腳的微處理器擴(kuò)展以太網(wǎng)通信功能。此芯片具有30 Mb／s速率的并行主機(jī)接口，支持Intel和Motorola兩種總線(xiàn)方式。

　　CP2200的多種集成功能（如CRC校驗(yàn)、數(shù)據(jù)濾波等）有效減輕了單片機(jī)的載荷，它內(nèi)部的收發(fā)接口單元操作起來(lái)靈活方便，為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包提供了有效緩沖。使用該芯片時(shí)，電路只需增加1個(gè)RJ-45快速以太網(wǎng)接口即可，其工作特性可以滿(mǎn)足CAN總線(xiàn)的傳輸波特率要求。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　圖1 CP2200的結(jié)構(gòu)框圖

　　1.2 C8051F040芯片介紹

　　C8051F系列單片機(jī)是Silicon Labs公司推出的系統(tǒng)級(jí)芯片，具有與80C51兼容的CIP-51內(nèi)核。C8051F040內(nèi)部集成的CAN控制器包括1個(gè)CAN內(nèi)核、消息RAM（獨(dú)立于CIP-51內(nèi)核）、消息處理單元、控制寄存器等。C8051F040內(nèi)部包含1個(gè)CAN協(xié)議控制器，并沒(méi)有提供物理層的驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)與CAN總線(xiàn)的接口。數(shù)據(jù)接收和濾波都由CAN控制器完成，不需要CIP-51內(nèi)核的參與。這種方式可使CAN通信時(shí)占用的系統(tǒng)資源最小。CIP-51內(nèi)核通過(guò)配置其內(nèi)部的特殊功能寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)CAN的數(shù)據(jù)交互。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　圖2 C8051F040內(nèi)部CAN結(jié)構(gòu)框圖

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)電路如圖3所示，由CP2200、C8051F040、CAN驅(qū)動(dòng)芯片的SN65HVD230 等組成。其中CP2200與HR911105A組成以太網(wǎng)電路部分，SN65H-VD230單個(gè)組成CAN收發(fā)電路。工作原理如下，當(dāng)CP2200收到以太網(wǎng)數(shù)據(jù)時(shí)，觸發(fā)C8051F040的INTO，C8051F040把數(shù)據(jù)從CP2200的接收緩沖區(qū)拷貝到其內(nèi)存空間，然后通過(guò)SN65HVD230轉(zhuǎn)發(fā)到CAN網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)CAN數(shù)據(jù)有要發(fā)送到以太網(wǎng)，C8051F040收到數(shù)據(jù)后，就向CP2200的發(fā)送緩沖區(qū)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，最后由CP2200通過(guò) HR911105A發(fā)到以太網(wǎng)。

　　圖3 以太網(wǎng)-CAN轉(zhuǎn)換卡硬件電路框圖