1 导言
跟着微电子技能和计算机技能的开展，嵌入式技能得到宽广的开展空间，特别是进入20世纪90年代以来，嵌入式技能的开展和遍及更为有目共睹，现已成为现代工业操控、通讯类和消费类产品开展的方向，在通讯范畴，许多网络设备如VOIP，WirelessLAN，ADSL等都包含有许多嵌入式技能的成份，广播电视在向数字化的趋势开展，DVB，DAB技能也逐步在全面推广起来，个人消费类产品，如PDA、数码ARM以太网运用相机、MP3播放器等产品都离不开嵌入式技能的支撑，嵌入式技能在ATM、可视电话、轿车的ABS等产品中也都有许多的运用，此外，军事范畴之中也处处可见嵌入式技能的身影，如单兵信息终端，便携式保密机，战场指挥体系等，能够说，嵌入式体系现已渗透到人们日常arm以太网运用日子以致国家安全防护体系之中。
嵌入式技能开展的中心是嵌入式微操控芯片技能的ARM以太网运用开展，当今微操控芯片功用变得越来越强，品种更为繁复，如MIPS，PowerPC，X86，ARM，PIC等，但这些嵌入式处理器遭到价格以及兼容性等要素要求的约束，运用情况有所不同，MIPS和PowerPC处理器商场定位较高，关于本钱灵敏的运用并不适宜，而x86系列处理器要与8068、286、386等坚持兼容性，运用相同的指令集，然后约束了CPU体系功用的前进，当今嵌入式范畴中运用ARM以太网运用最为广泛的是根据ARM体系结构的嵌入式处理器，其占有了80％以上的32位嵌入式处理器商场份额，从开展之初至今，ARM公司现已推出ARM7，ARM9，ARM9E，ARM10，SecurCore以及Intel的Strong ARM和Xscale等一系列的产品。这些不同版别的处理器内核，虽一脉相承，但运用布景ARM以太网运用不同，例如，ARM7系列处理器针对功耗和陈本要求比较严苛的运用而规划的；而arm9系列处理器首要运用于下一代的无线设备；SecurCore则是专为安全设备而定制的。
技能的开展要与实践运用相结合，才干体现出技能ARM以太网运用前进的价值，嵌入式体系的开展正如日中天，根据ARM核嵌入式微处理器的以太网的嵌入式操控完结也正在国内外如火如荼的打开，以太网在实时操作、牢靠传输、规范一致等方面的杰出功用及其便于装置、维护简略、不受通讯间隔约束等长处，现已被国内外许多arm以太网运用监控、操控范畴的研究人员广泛重视，并在实践运用中展露出明显的优势。
2 ARM处理器体系arm以太网运用的结构
迄今为止，ARM体系总共界说了6个版别，版别号为1－6，从版别1到版别6，ARM体系的指令集功用不断增强，一起，各版别中还有一些变种，这些变种界说了该版别指令集ARM以太网运用中不同的功用。如支撑Thumb指令集、支撑长乘法指令集、增量型DSP指令集、JAVA加速器、媒体功用扩展指令等。这些变种的指令都是针对不同的运用而发生的，ARM处理器系列中的各种处理器，因为选用的完结技能各不相同，功用不同很大，运用的场合也有所不同，这必定引出运用程序代码的可重用性问题，例如：一段在SAMSUNG公司的ARM处理器上运转杰出的代码，假如把处理器换成了ATMEL公司的ARM处理器，是否也能够安稳牢靠地ARM以太网运用作业呢？答案便是只需处理器支撑相同的arm体系版别，根据他们的运用软件将是兼容的。
ARM处理器现在包含下面几个系列的处理器ARM以太网运用产品：ARM7系列、ARM9系列，ARM9E系列、ARM10系列，SecurCore系列，Intel的Xscale和StrongARM，ARM9系列处理器是新近推出且功用比较安稳的一个系列，包含ARM920T，ART922T，ARM940T三品种型，适用不同需求的商场，本课题所选用的S3C2410X嵌入式处理器便是以arm920T为中心的。
ARM9系列处理器首要特点如下：支撑32位ARM指令集arm以太网运用和16位Thumb指令集；5级流水线；单一的32位AMBA总线接口；MMU支撑Windows CE。Palm OS，Symbian OS，Linux等，MPU支撑实时操作体系，包含Vxworks；一致的数据Cache和指令Cache［2］。
在arm存储体系中，运用内存办理单元（MMU）完结arm以太网运用虚拟地址到实践物理地址的映射。运用MMU，可把SDRAM的地址彻底映射到0x0开始的一片接连地址空间，而把本来占有这片空间的FLASH或许ROM映射到其他不相抵触的存储空间方位。例如，FLASH的地址从0x0000 0000～0x00ff ffff，而SDRAM的地址规模ARM以太网运用是0x3000 0000～Ox3lff ffff，则可把SDRAM地址映射为0x0000 0000～Oxlfff ffff而FLASH的地址能够映射到Ox9000 0000～Ox90ffffff（此处地址空间为闲暇，未被占用）。映射完结后，假如处理器发生反常，假定仍然为IRQ中止，PC指针指向Oxl8处的地址，而这个时分PC实践上是从坐落物理地址的Ox3000 0018处读取指令。经过MMU的映射，则可完结程序彻底运转在SDRAM之中。在实践的运用中．或许会把两片不接连的物理地址空间分配给SDRAM。而在操作体系中，习惯于arm以太网运用把SDRAM的空间接连起来，便利内存办理，且运用程序请求大块的内存时，操作体系内核也可便利地分配。经过MMU可完结不接连的物理地址空间映射为接连的虚拟地址空间。操作体系内核或许一些比较要害的代码，一般是不期望被用户运用程序拜访。经过MMU能够操控地址空间的拜访权限，然后维护这些代码不被损坏。
MMU的完结进程，实践上便是一个查表映射ARM以太网运用的进程。树立页表（translate table）是完结MMU功用不行短少的一步。页表是坐落体系的内存中，页表的每一项对应于一个虚拟地址到物理地址的映射。每一项的长度便是一个字的长度（在ARM中，一个字的长度被界说为4B）。页表项除完结虚拟地址到物理地址的映射arm以太网运用功用之外，还界说了拜访权限和缓冲特性等。
MMU的映射分为两种，一级页表的改换和二级页表改换。两者的不同之处便是完结的改换地址空间巨细不同。一级页表改换支撑1 M巨细的存储空间的映射，而二级能够支撑64 kB，4 kB和1 kB巨细地址空间的映射。
3 嵌入式处理器的选型
一个体系必定以硬件渠道为依托．规划嵌入式体系时，要从大局arm以太网运用以及往后的开展视点动身考虑硬件渠道的全体规划，不能以简略功用完结作为规划的最终目标。在规划进程中，首要需求考虑以下几个方面：
3.1 芯片挑选
要挑选通用性强、功用齐备、安稳牢靠ARM以太网运用的芯片。当今的许多处理器芯片，多为根据SoC结构，内置许多通用接口操控器，运用简略且可极大地降低本钱；要挑选具有代表性的芯片，商场上的某些芯片仅仅作为过渡产品销售，用于原理性、商场性验证，当芯片功用趋于安稳、商场需求较大时，通常会推出一款代表性芯片。关于规划人员来说，需求了解什么类型是具有代表性的，以确保牢靠的货源供给。不同的运用场合，对芯片的等级要求arm以太网运用不同，尽或许挑选契合更高规范的芯片，以确保整个体系的安稳性和牢靠性［4］。
3.2 电路规划上要有处理突发作业的才能并易于功用arm以太网运用扩展
体系在运转的情况下，常会遇到不行猜测的外部作业，这就要求体系具有处理突发作业的才能．如运用看门狗、软复位办法确保体系遇到非期望作业后能够重新启动运转。一起体系规划也要考虑到硬件扩展以及晋级的才能，如，在规划存储器结构时，要考虑电路结构可兼容不同容量的存储器乃至于不同厂家的arm以太网运用芯片；如运用可编程逻辑器件CPLD或许FPGA时，宏单元要有盈利等。
3.3 以软件代硬件
嵌入式体系的软件晋级要比硬件晋级更简单，且在开发进程中，软件调试一般不会对硬件形成物理上的损坏。在满意实时性的前提下，尽或许地用软件替代硬件。不仅可减小硬件arm以太网运用电路的开支和电路板的尺度，一起又便利调试，减小了硬件损坏的或许，并进一步降低本钱。
3.4 布局布线
嵌入式处理器作业在几百兆的频率下已是很常见arm以太网运用的作业了，在高频电路板规划时，要注意电路的布局和信号线的走向，高频信号要尽量远离其他信号，尽量减小地弹、串扰等搅扰，以及电路中的电磁搅扰和热规划等。
现在，世界上各大芯片出产商纷繁推出自己的ARM芯片，其专心的运用布景不同，各有自己的特征。ARM7和ARM9是现在ARM处理器中运用较多、技能老练的两大系列ARM芯片。比较较而言，ARM9系列处理器不管从处理速度、外设接口以及运用规模等方面都更胜一筹。Intel的Xscale系列处理器，尽管各方面功用比较突出，可是其较高的定位，并不合适于大多数运用场合。而ATMEL公司出产的AT91RM9200处理器，定坐落工业进程操控，外设接口不行arm以太网运用彻底。
本文挑选了SAMSUNG公司的SS3C2410X作为体系的嵌入式处理器。这是一款以ARM920T为中心的嵌入式处理器，面向低端运用，价格低廉。该芯片具有较高的处理速度，经过内部的锁相环，最高可在200
MHz的体系时钟下运转。而且，S3C2410X具有极低的功耗。核电压为1.8 V供电，外围I/O口运用3.3
V的电压，具有3种低功耗操控方法，乃至能够把CPU中除了唤醒逻辑之外的一切功用都封闭，极大地降低了功耗。与其他的ARM芯片比较，S3C2410X在片上集成了更多外设接口。例如：外部存储器操控器；LCD，DMA，USB1.1，SD，MMC卡操控器，UART，SPI接口；I2C总线操控器和IIS总线操控器，PWM定时器，看门狗，117个外部I/O口，24个外部中止源，ADC和触摸屏接口，实时时钟以及片上PLL的时钟arm以太网运用发生等。运用集成的接口，可便利地进行功用扩展。
S3C2410X另一个长处是具有细巧的外形，嵌入式运用期望硬件尺度越小越好S3C2410X采纳了uBGA封装，整个芯片巨细仅为14 mm×14 mm，适当于一般人拇指指甲的巨细。尽管在如此小的体积上，集成了如此之多的功用，但其价格与一般处理器适当。从各种方面考虑，S3C2410X具有极高的性价比以及运用价值，且易于开发和功用扩展，因而很合适作为嵌入式体系的中央处理器。
4 以太网模块完结
S3C2410X自身并无网络操控器，完结以太网接入需添加独立的以太网操控器。以太网操控器芯片选用CIRRUS公司的CS8900a。他是一个真实的单芯片，全双工以太网解决方案。自身集成了由MAC层到PHY层一切的逻辑功用，包含了一个以太网电路所必需的一切的模仿和数字电路。芯片能够主动查看衔接状况，独自进行载波侦听、抵触检测、过错重传以及主动填充、CRC校验等功用。关于处理器来说，对网络芯片的拜访和操控，好像一段内存arm以太网运用空间或许是分配的几个I/O空间相同。集成了一个4 kB的片上存储器，用于暂时保存发送和接收到的物理帧以及内部寄存器的值，然后减轻了CPU的担负，简化了软件的复杂度。CS8900A还支撑软件复位，当因为某些意料之外的作业发生，致使芯片功用紊乱网络通讯阻断，可经过软件复位重新启动网络通讯功用，确保网络通讯的健壮性。
以太网与CPU的示意性衔接如图2所示，CS8900A与CPU能够arm以太网运用运用DMA，I/O以及Memory方法通讯。为了前进与处理器间的拜访速度，图中把CS8900A规划为Memory形式。CS8900A复位默许方法为I/O形式，虽可经过E2PROM将其装备为Memory形式，但处于降低本钱考虑，把电路规划为I/O，Memory兼容的衔接方法，由软件将其设置为Memory形式。相关于S3C2410X的拜访周期来说，CS8900A呼应时刻大于其拜访周期，属慢速设备。可经过nWait信号延伸处理器的拜访周期。运用大局复位信号作为芯片的复位信号，运用高电平触发中止，告诉CPU作业的发生。
5 结语
跟着电路中信号频率的前进，嵌入式体系中高速电路板规划现已成为没计人员十分关怀的问题了。因而在体系规划进程中，还要考虑当信号速度高，端接元件的布局不正确或许高速信号的过错布局等引起的信号完好性问题，这些问题都或许导致体系输出不正确的数据，电路不能正常作业乃至彻底不能作业。
本文规划的体系充沛考虑到走线技巧。对外加电源以及DC—DC改换输出，利川22μF的电解电容和O.01μF的陶瓷电容滤波；在芯片的每个电源引脚，就近运用O.1μF的滤波电容；CPU的片选、读写、中止等信号线串联22Ω的电阻，到达阻抗匹配的意图；对数据线、地址线等，进行等长处理；时钟线对其进行包地维护；运用EDA东西的在线查看功用，避免了人工环路的发生等。采纳这些办法后，整个体系屡次在不同环境接连运转数百小时以上未出现任何毛病，足以证明其杰出的安稳性和牢靠性。
