STM32以太網控制系統

王海民， 王宏志

（長春工業大學計算機科學與工程學院，吉林長春 130012）

STM32以太網控制系統

王海民， 王宏志

（長春工業大學計算機科學與工程學院，吉林長春 130012）

基于STM32微控制器和以太網ENC28J60搭建了網絡控制系統，詳細闡述了系統的硬件和軟件設計，實現Web服務器遠程控制。

STM32；ENC28J60；以太網；Web

0 引 言

隨著信息技術的發展，以PC為代表的計算機網絡技術發展到一個更高階段，以嵌入式智能設備為核心的后PC時代已經來臨［1］。在面向慢速網絡應用系統和網絡設備中，對數據傳輸的速度要求不高，通常只需要完成現場傳感數據采集與傳輸、遠程設備控制等功能，可選擇內部不帶以太網的MAC控制器的微處理器，使用外加一個專用的以太網模塊來實現，這些模塊常見的有ENC28J60，CP2200，W5100等，成本低、接口簡單、使用方便。

1 芯片介紹

1.1 STM32F103xx芯片

STM32F103xx增強型系列使用高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC內核，Cortex-M3處理器內核采用ARMv7-M架構，工作頻率為72MHz，內置高速存儲器（高達128K字節的閃存和20K字節的SRAM），豐富的增強I／O端口和聯接到兩條APB總線的外設。所有型號的器件都包含2個12位的ADC，3個通用16位定時器和1個PWM定時器，還包含標準和先進的通信接口：多達2個I2C和SPI，3個USART，1個USB和1個CAN［2］。STM32F103xx增強型系列工作于－40～＋105℃的溫度范圍，供電電壓2.0～3.6V，一系列的省電模式保證低功耗應用的要求。這些豐富的外設配置，使得STM32F103xx增強型微控制器適合用于醫療和手持設備、PC外設和GPS平臺、汽車電子、數據通信、工業控制、消費類產品等多種應用場合［3－4］。

1.2 ENC28J60芯片

ENC28J60以太網控制器適合于創建占用空間小、成本低、精簡的嵌入式網絡應用。目前市場上大部分以太網控制器采用的封裝均超過80引腳，接線復雜，占用電路板空間大［5］。而符合IEEE802.3協議的ENC28J60只有28引腳，既能提供以太網相應的功能，又大大簡化相關設計，并減小占板空間。此外ENC28J60以太網控制器采用業界標準的SPI串行接口，只需4條連線即可與主控單片機連接，與主控制器的通信是通過兩個中斷引腳和SPI實現，兩個專用的引腳用于連接LED，進行網絡活動狀態指示。它還提供了一個內部DMA模塊，以實現快速數據吞吐和硬件支持的IP校驗和計算。這些功能加上免費的TCP／IP軟件協議棧，使之成為目前市面上最小的嵌入式應用以太網解決方案［6］。

2 系統硬件組成

系統硬件結構框圖如圖1所示。

圖1 系統硬件結構圖

該系統包括以下幾點。

1）電源模塊，為系統提供穩定的電源；

2）晶振模塊，為系統提供時鐘；

3）復位模塊，復位MCU；

4）JTAG接口模塊，下載程序；

5）啟動模式選擇模塊，選擇不同的啟動模式；

6）ENC28J60模塊，實現以太網功能；

7）RJ45接口模塊，以太網接口。

網絡變壓器HR911105A外圍電路接法如圖2所示。以太網ENC28J60與STM32F103x的接法

圖2 網絡變壓器HR911105A外圍電路接法

如圖3所示。

3 系統軟件實現

3.1 開發環境RVMDK和仿真器J-Link簡介

RealView MDK開發套件源自德國Keil公司，被全球超過10萬的嵌入式開發工程師驗證和使用，是ARM公司目前最新推出的針對各種嵌入式處理器的軟件開發工具。RealView MDK集成了業內最領先的技術，融合了中國多數軟件開發工程師所需的特點和功能。包括μVision3集成開發環境與RealView編譯器，支持ARM7，ARM9和最新的Cortex-M3核處理器，自動配置啟動代碼，集成Flash燒寫模塊，強大的Simulation設備模擬，性能分析等功能，與ARM之前的工具包ADS等相比，RealView編譯器的最新版本可將性能改善超過20%［7］。RealView MDK出眾的價格優勢和功能優勢將成為ARM軟件開發工具的標準。

J-Link是SEGGER公司為支持仿真ARM內核芯片推出的JTAG仿真器。配合IAR EWARM，WinARM，ADS，Keil，RealView等集成開發環境，即可支持所有ARM7／ARM9／ARM11和Cortex-M0／M1／M3核內核芯片的仿真，仿真通過RDI接口和各集成開發環境進行無縫連接，具有操作方便、連接方便、簡單易學的特點，是ARM處理器最實用的開發工具［8－9］。

圖3 以太網ENC28J60與STM32F103x的接法

3.2 主程序

＃include"stm32f10x.h"

＃include"led.h"

＃include"spi＿enc28j60.h"

＃include"web＿server.h"

int main（void）

｛ SystemInit（）； ／＊配置系統時鐘為72M＊／

LED＿GPIO＿Config（）； ／＊配置LED＊／

SPI＿Enc28j60＿Init（）；／＊ENC28J60SPI接口初始化，調用庫函數＊／

Web＿Server（）；／＊ENC28J60WEB服務程序，在瀏覽器上創建一個web服務器，通過web里面的命令來控制開發板＊／

return 0；

｝

在配置ENC28J60SPI接口初始化時，有兩個重要的配置是CPOL（時鐘極性）和CPHA（時鐘相位），ENC28J60SPI的時序圖如圖4所示。

圖4 ENC28J60的SPI時序圖

知其應配置為SPI＿InitStructure.SPI＿CPOL＝SPI＿CPOL＿Low；

SPI＿InitStructure.SPI＿CPHA＝SPI＿CPHA＿1Edge；

Web＿Server主要是生成HTML格式的數據。構建一個交互式的網頁，通過HTML提供“＜ahref＝”形式的代碼，可以在網頁中添加需要的連接，同時HTML還允許實現其它復雜的窗口效果。很關鍵的問題是，描述HTML窗口結構的代碼相當復雜，難以解讀。一個非常簡單的解決方法是實現一個虛擬的文件夾和文件。而密碼實際上就是需要訪問的文件夾。需要輸入：http：／／IP＿or＿HOST／Password，通過這個超級鏈接，實現一個虛擬的文件，而這個文件也就代表了用戶請求所需要的指令。

程序的大體流程如圖5所示。

圖5 軟件簡要框圖

4 實驗現象與結論

IP地址和端口配置：一般把ENC28J60的IP地址配置成與測試電腦同一個IP段，例如PC機的IP是192.168.1.102，下面為了方便測試把ENC28J60的IP地址配置成192.168.1.42。Web Server默認的端口號是80，這樣可以采用這個默認值。在web＿server.c文件里完成如下配置：

static unsigned char myip［4］＝｛192，168，1，42｝；

／＊tcp／www監聽端口號，范圍為：1－254＊／static unsigned int mywwwport＝80；

密碼設置：在Web Server里設置一個密碼。如果不需要密碼，也可以把設置密碼這部分代碼注釋掉。密碼設置在password數據組里，不超過9個字符：

PC機上用瀏覽器測試：運行上述程序之后，如果ENC28J60正常工作，RJ-45上的LED將亮。LED由ENC28J60通過軟件配置控制，因此，如果LED亮，則說明SPI可正常通信，也說明ENC28J60已經處于工作狀態，不過只是LED亮還不能說明ENC28J60完全正常工作，還需要進行ping測試，ping命令利用ICMP協議包來偵測另一個主機是否可達。原理是用類型碼為0的ICMP發請求，收到請求的主機則用類型碼為8的ICMP回應。可以用ping命令來計算間隔時間，并計算有多少個包被發送。用戶可以判斷網絡大致的情況。可以看到，ping給出來了傳送的時間和TTL的數據。

ping測試結果如圖6所示。

圖6 ping測試結果

Web測試：用ping命令測試完全成功之后，說明ENC28J60已經完全正常工作，在進行TCP通信部分和Web Server是否正常工作。在PC機的瀏覽器地址欄輸入STM32板的Web Server網頁地址http：／／192.168.1.42／201105，其中201105為密碼，正常情況下可以看到Web測試界面，如圖7所示。

鼠標單擊“點亮LED”，可以控制STM32板上的LED亮。

測試結果表明，該系統運行穩定，實現了以太網的接口功能；沒有操作系統的支持實現單芯片與Internet的連接，可以為嵌入式網絡的開發提供硬件平臺［10］。

圖7 Web測試界面

［1］張冬泉，譚南林.Windows CE實用開發技術［M］.北京：電子工業出版社，2006.

［2］意法半導體（中國）投資有限公司.STM32F10xxx參考手冊［EB／OL］.［2011-05-05］.http：／／www.st.com／mcu／.

［3］Joseph Yiu.ARM Cortex-M3權威指南［M］.宋巖，譯.北京：北京航空航天大學出版社，2009.

［4］王志軍.工業控制專用嵌入式以太網模塊的開發［J］.長春工業大學學報：自然科學版，2005，26（2）：117-119.

［5］廖義奎.Cortex-M3之STM32嵌入式系統設計［M］.北京：中國電力出版社，2013.

［6］劉瓊，朱志偉，周志光.基于ENC28J60的嵌入式網絡接口的設計［J］.微計算機信息，2008，24：306-308.

［7］劉軍.例說STM32［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2011.

［8］于春雪.STM32F1 03的高速以太網接口設計［J］.新器件新技術，2011（9）：44.

［9］莫全力，李國義，茁壯壯，等.基于ARM平臺的嵌入式系統：以太網接口的設計與實現［J］.遼寧工業大學學報，2009，29（2）：87-89.

［10］尤文，王宏志，柳青蘊.具有非線性切換函數的變結構控制器設計［J］.長春工業大學學報：自然科學版，1993，24（4）：60-69.

STM32based ethenet control system

WANG Hai-min， WANG Hong-zhi
（School of Computer Science ＆Engineering，Changchun University of Technology，Changchun 130012，China）

Based on STM32microcontroller and Ethernet ENC28J60，a network control system is established.Both the hardware and software are introduced，by which web remote control is realized.Key words：STM32；ENC28J60；ethernet；Web.

TP 316

A

1674-1374（2014）04-0060-06

2013-10-14

教育部“春暉計劃”項目（403-004077003）

王海民（1987－），男，漢族，河南周口人，長春工業大學碩士研究生，主要從事數字信號處理和嵌入式技術方向研究，E-mail：whaimin12＠sina.com.