引言

目前，隨著互聯網和嵌入式系統的高度發展，越來越多的工業測控設備已經將網絡接入功能作為其默認配置，以實現設備的遠程監控和信息分布式處理。然而，大量工業現場設備尚不具備網絡接口。在IP113F光纖收發器監控系統的開發中，下位機通過單片機與光纖收發器的SMI進行通信以實現監控，上下位機通過RS-232接口傳輸數據。南于串口傳輸距離短，工作人員每天都要到現場對數據進行檢查和診斷，不勝其煩。針對這種情況，有必要設計一個SMI到Internet的數據傳輸模塊，以便對光纖收發器的運行狀況作遠程監測。

IP113F芯片簡介

IP113F芯片是一款具有網管功能、超低功耗的光纖收發器，支持3.3V I／O，主要通過SMI（MDC，MDIO）對兩組獨立寄存器進行操作，以實現監控或重新設置本地或遠端光纖收發器的工作狀態。用戶可以通過串行管理接口來訪問寄存器，如圖1所示。由于IP113F的地址是5位二進制碼，所以一個管理單元最多可同時外掛32（25）個IP113F.數據在MDIO上是一位位傳輸的，是發生在MDC的上升沿跳變，MDIO上的數據通信協議如表1所示。當SMI處于空閑狀態時，MDIO則處于高阻態，管理單元在MDIO上發送32位連續的"1"和"01"信號來初始化MDIO接口。

整體功能設計

系統的基本功能是32臺光纖收發器同時通過同一個SMI網絡轉換器與遠程的上位機進行通信，如圖2所示。轉換器完成的具休工作是接收本地或遠端光纖收發器發送過來的測試數據，自動識別其長度和來源，將其轉化為網絡數據格式，通過以太網發送到上位機，同時接收上位機通過以太網發送過來的控制信息，并自動識別其發送的目標，再通過SMI口發送給相應的光纖收發器。根據實際需要，可以在上位機中通過以太網配置SMI網絡轉換器的IP地址。

硬件結構設計

轉換器的硬件電路中選用基于arm7內核的嵌入式處理器LPC2214芯片，用于進行整體控制。LPC2214芯片帶有256KB的高速FLASH，并帶有16K片內SRAM.為了滿足通信過程中的數據緩存和具備一定系統運行空間的要求，片外利用IS61LV25616AL擴展了512KB的SRAM.另外，通過IIC總線，片外擴展了256字節的EEPROM，用于保存已設置的IP地址。選用10M全雙工以太網控制器RTL8019AS芯片完成網絡通信功能，HR61101芯片充當網卡變壓器。采用通用I／O口，P0.5和P0.6模擬SIM的通信時序，對IP113F進行數據采集。電路整體硬件電路如圖3所示。

LPC2214具有外部存儲器接口，可以擴展4個Bank的存儲器組（Bank0～Bank3），且Bank0～Bank3的片選信號分別為CS0-CS3，本設計中，用Bank0擴展SRAM，Bank3擴展RTL8019AS模塊。由于LPC2210芯片是一個8／16／32位的微處理器，可以接受16位數據位寬的讀寫。設計中將RTL8019AS芯片的16位I／O腳IOCS16B連到高電平，實現以16位操作模式讀寫控制寄存器的內容，與用單片機作為處理器的設計相比，系統運行效率提高。通過將RTL8019AS的65腳JP接高電平以選擇跳線工作方式，即RTL8019AS的I／O和中斷由跳線決定，不需外擴EEPROM 93C46芯片存儲信息來控制RTL8019AS的I／O和中斷，減少了連線，提高了高頻電路的穩定性。RTL8019AS工作在跳線模式時，其基地址為0X300.由于RTL8019AS工作電源是5V，而LPC2210的I／O電壓是3.3V，因此在總線連接上串接470Ω的保護電阻。

系統軟件設計與實現

引入RTOS

光纖收發器數據采集要求實時性比較高，若采用傳統的前后臺設計方法，會過于復雜，且實時性不能保證。采用實時操作系統RTOS可以解決這個問題。μC／OS-II操作系統是一種源代碼公升的RTOS，具有代碼短小精悍、簡單易學的特點，對本設計來說是一個理想的選擇。