原创 DAVICOM以太网卡芯片全系列应用方案

 

       联杰国际(Davicom)成立于1996年，由联华电子网路通讯团队与美国网通专家所组成，总部位于新竹市科学园区， 联杰国际同时具备了类比及数位混合设计，DSP IC及系统应用技术，坚强的阵容足以在网路通讯IC领域中，成功开发出20多颗数位和类比产品；公司致力于建立全球最专业的嵌入式网路通讯IC技术，凭借着混合讯号设计及快速整合IC的设计能力与系统应用软体的技术支援能力，已成功地提供客户高集积度与高效率低成本之解决方案。目前并领先推出全世界包装体积最小、最具竞争力的嵌入式以太网IC。

深圳市恒大创新科技有限公司是DAVICOM(联杰国际)中国大陆区的专业增值分销商，公司主营以太网芯片，我们能够给您提供最优的价格，最好的服务，及时稳定的供货，以及强大的技术支持。

 

一．产品系列：

1、10/100M SWITCH和高速以太网络芯片　  

DM9006E****PIN LQFP，采用0.18工艺制成，2PORT SWTICH，支持远程唤醒，IGMP，STP协议功能   

DM9003E****PIN LQFP，采用0.25工艺制成，2PORT SWTICH，支持远程唤醒，HP 双绞线自适应功能    

DM9016-3 PORT WITCH，LOCALBUS接口，供电电压1.8V,支持HP 双绞线自适应功能。   

DM9000CEP,DM9000DEP,DM9000AEP引脚完全兼容之产品，软件通用，价格更实惠，性能稳定。　

DM9000CIEP_工规网络芯片（工作温度-45--80度）   

DM9000EP -　(SMSC LAN91C111 Equivalent)ISA接口高速以太网络三合一单芯片(含 MII / RMII 接口).　　

DM9601EP　-　USB接口高速以太网络三合一单芯片.　　

DM9102H - PCI 接口高速以太网络三合一单芯片(Auto-MDIX). 0.25um 。

 

2、10/100M 高速以太网络实体层收发器　 　

DM9161BEP　-　低功率, 高速以太网络实体层收发器. 48-pin 0.35um.　 　

DM9161AEP　-　低功率, 高速以太网络实体层收发器. Auto-MDIX. 48-pin 0.25um.　　

DM9161BIEP-工业级物理层PHY芯片（工作温度-45--80度）　

DM9332　-　100M高速以太网络光纤实体层媒体转换器. 48-pin. 　

DM9302 - 100M高速以太网络光纤实体层媒体转换器. 　

DM8206 - FAST Ethernet Switch,内置IGMP，STP功能。

 

3、10M 以太网络芯片　 　

DM9008C　-　0.18工艺制成,LOCAL BUS接口以太网络三合一单芯片   

DM9008AEP -　0.25工艺制成,LOCAL BUS接口以太网络三合一单芯片 　

DM9081　-　最经济, 最有效率以太网络 (8+2) 集线器芯片。

 

 

二．应用案例：

 

DM9000AE和DM9161AE/DM9008A在电力抄表终端中的应用

 

<一>、关于以太网电力抄表终端的市场前景

    根据2009年7月国家电网年中工作会议确定的发展规划和总体投资规划：2009年～2010年预计投资5500亿元，2011年～2015年预计投资2万亿元，2016年～2020年预计投资1.7万亿元（以上资金含电网改造投入）预计在未来5-10年，国内智能电表的市场总需求量接近3亿台。其中的双向抄表终端（含采集器，集中器，专变采集器）的市场需求总量接近4000万—5000万台。智能型电表将面临着每年50亿人民币的市场。

<二>、关于以太网电力抄表终端的优势

相关产品比较：

1.RS485总线—比较老、传输速率低、容易被雷击、不能点对点或一点对多点。

2.GPRS/CDMA—江苏、浙江、山东目前在用；无限的方式传输，容易受干扰。

3.载波抄表 —东北三省在用；电线裸露、偷电导致电压不稳。

4.以太网抄表—进入国网标准，是未来国家电网改造的趋势；使用方便，以太网信道传输；便于安装与维护；目前国内用我公司芯片的大客户均在使用（仅供参考）。

<三>、关于以太网电力抄表的方案

1.C3C2410+DM9000AE+DM562P+YT37-1107S

2.ARM9+DM9161AE/DM9008A+YT37-1107S

 

DAVICOM低成本高速以太网收发器（PHY）-DM9161CEP 在正式上市后，用不到1年的时间，以其优异的性能，占据电力行业大半江山。全球0.18um工艺制作的低成本高速PHY，低功耗，1.8V的供电电压，以其稳定的性能，支持MII,RMII总线等多种连接方式，广泛应用于数字机顶盒，IPCAM,ARM开发版本，电力抄表终端，智能电表，集中器，采集等行业。在半导体行业晶圆匮缺的今天，DAVICOM以其充足的产能，满足了各个行业的客户，赢得了工程师的好评！平均交期1-2周，在以太网控制IC领域，夺得了90%的市场份额！

DM9161CEP特性如下：

1.48pin LQFP封装

2.制作工艺：0.18um，IO供电电压3.3V，模拟部分1.8V

3.支持MII和RMII连接方式（推荐使用MII）

4.支持双绞线自适应（AUTO-mix）

5.支持TCP/IP硬加速

6.与全球95%的厂家的MCU完全兼容，是NXP,三星，TI,ATMEL推荐使用的单口PHY。

无论是望洋兴叹的三网融合，还是兴起的智能电网，仔细发现，都活跃着

DAVICOM的身影，目前公司坚持走互利合作，多方共赢的路线，与ST，Atmel，

NXP，三星等知名MCU厂家保持良好的合作关系。目前流行使用的方案：

ST7162/7167+DM8203EP/DM9161CEP+YT37-1107S，

AT91SAM9260/9231+DM9161CEP，

NXP2468+DM9161CEP，

S3C2440+DM9000CEP/DM9000CIEP。

DM9161CEP与同类型的PHY的特点比较：

性能：

商用级别的PHY，军工级的品质

DM9161CEP  0.18um工艺 低功耗（1.8v） 支持TCP/IP

硬加速 符合802.3标准 传输距离100-150米

 

DM9161AEP是一款完全集成的和符合成本效益单芯片快速以太网PHY，是采用较小工艺0.25um的10/100M自适应的以太网收发器。DM9161AEP通过可变电压的 MII 或 RMII 标准数字接口连接到 MAC 层，支持 HP Auto-MDIX?。是目前常见的一款物理层收发器，由于全球的MCU集成度不断提高，由早先的MAC+PHY+MII的衍生到现在的PHY，在以太网部分的成本，逐渐降低。在应用过程中，DM9161AEP常出现的错误是，晶振的连接，以及网络变压器的匹配，所以应该慎重选择。

 

应用领域

　　在2010年，中国政府借鉴奥巴马政府提出大力建设智能电网，以技术为基础，实现能源高效化，电力智能化，用户与供电企业之间互动化，带动了相关产业的高速发展。国家电网在09年底，提出智能电网中的相关设备的规范化标准，明确的把以太网网口作为标准配置写入文件。DAVICOM率先看到巨大的市场，联合多位专家，推出高性能的DM9161CEP，迅速得到MCU众多厂家的认可，成为抄表终端上的标准参考设计。

产品特点：

　　1.48pin LQFP封装

　　2.制作工艺：0.25um，IO供电电压3.3V，模拟部分2.5V

　　3.支持MII和RMII连接方式（推荐使用MII）

　　4.支持双绞线自适应（AUTO-mix）

　　5.支持TCP/IP硬加速

　　6.与全球95%的厂家的MCU完全兼容，是ATMEL推荐使用的单口PHY。

　　注：目前DM9161AEP支持的温度范围是0-75°，而工业级的DM9161BIEP是支持-40°到85°。

 

DM9000A原理及其与基带信号处理平台结合应用

 

1、引言

软件无线电(SDR)技术近年来发展迅速，在无线通信中的数字接收机领域应用尤为广泛。FPGA(现场可编程门阵列)以其高集成度、高可靠性和灵活性，在软件无线电平台的设计中发挥着重要的核心作用。同时，SDR中的数据接口设计也是关键的环节。以太网是目前最通用的数据接口之一，但是中低端FPGA通常不具备以太网接口，这为FPGA在SDR中的应用造成了不便。如果为FPGA配置以太网接口，与外部网络实现通信，将有利于SDR平台的功能延伸，方便数据传输和与现有系统接口。

DM9000A是Davicom公司生产的一款功能强大的以太网控制器，支持10/100 M以太网速率，可与嵌入式微处理器(MPU)、单片机等以多种方式(如ISA总线等)接口，具有体积小、功耗低、配置灵活、使用简单等特点。但在传统应用中，很少有将DM9000A和FPGA直接结合应用的实例，为解决FPGA的以太网接口问题，通常的解决方案是采用单片机或者MPU在FPGA和以太网控制器之间进行数据转发，但弊端是成本提高和功耗增加。

 

本文在自行设计开发的OQPSK全数字接收机中，为实现高速解调数据的实时远程传输处理及接收机参数的远程配置，提出了采用FPGA直接控制DM9000A进行以太网数据收发的设计思路。采用Xilinx系列XC2V1000 FPGA和DM9000A，实现低成本、低功耗和高速率的SDR平台的网络传输功能，其最高传输速率可达100 Mb/s。

 

2、DM9000A工作原理

 

2.1 主要特性和总体结构

DM9000A的主要特性如下：

支持8/16位数据总线；

适用于10Base-T和100Base-T；

10/100 M自适应，适应不同的网络速率要求；

内置16 KB的SRAM，用于收发缓冲，降低对主处理器的速度要求；

与IEEE 802.3u兼容，支持IEEE802.3x全双工，可同时收发；

具有睡眠模式，可降低功耗；

采用48引脚LQFP封装，缩小PCB面积。

 

DM9000A功能结构框图如图1所示，DM9000A实现以太网媒体介质访问层(MAC)和物理层(PHY)的功能，包括MAC数据帧的组装/拆分与收发、地址识别、CRC编码/校验、MLT-3编码器、接收噪声抑制、输出脉冲成形、超时重传、链路完整性测试、信号极性检测与纠正等。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2 工作原理

 

DM9000A可与微处理器以8 bit或16 bit的总线方式连接，并可根据需要以单工或全双工等模式运行。在系统上电时，处理器通过总线配置DM9000A内部网络控制寄存器(NCR)、中断寄存器(ISR)等，完成DM9000A的初始化。随后，DM9000A进入数据收发等待状态。

 

当处理器要向以太网发送数据帧时，先将数据打包成UDP或IP数据包，并通过8 bit或16 bit总线逐字节发送到DM9000A的数据发送缓存中，然后将数据长度等信息填充到DM9000A的相应寄存器内，随后发送使能命令。DM9000A将缓存的数据和数据帧信息进行MAC组帧，并发送出去。

 

当DM9000A接收到外部网络送来的以太网数据时，首先检测数据帧的合法性，如果帧头标志有误或存在CRC校验错误，则将该帧数据丢弃。否则将数据帧缓存到内部RAM，并通过中断标志位通知处理器，处理器收到中断后对DM9000A接收RAM的数据进行处理。

 

DM9000A自动检测网络连接情况，根据网速设置内部的数据收发速率为10 Mb/s或100 Mb/s。同时，DM9000A还能根据RJ45接口连接方式改变数据收发引脚的方向，因此无论外部网线是采用对等还是交叉方式，系统均能正常通信。

 

3、SDR接收机网络接口设计

 

在SDR接收机中，中频模拟信号经过A/D转换、数字下变频、抽取滤波等解调处理后，形成连续的解调数据流，其速率为10 Mb/s。在FPGA内部，解调输出的数据流和以太网接口部分通过FIFO进行缓冲，当解调数据达到规定的数据帧长度时，FPGA启动以太网发送程序，将解调数据发送到DM9000A，完成数据发送过程。在接收方向，网络工作站把控制指令按照一定的帧格式组帧发送到以太网，DM9000A接收到发给自身的以太网帧并通知FPGA启动以太网接收程序。FPGA将相应的数据从DM9000A的接收FIFO读至FPGA内部RAM中，利用数据中的控制命令配置接收机参数，完成网络对SDR接收机的远程控制。

 

3.1 与FPGA的数据接口和控制接口

DM9000A的外部总线符合ISA标准。可通过ISA总线直接与FPGA无缝连接。其硬件连接原理如图2所示。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DM9000A内部集成了PHY功能，因此与以太网接口可以无缝连接。如图3所示。

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2 DM9000A的FPGA控制

 

3.2.1 初始化模块

 

DM9000A正常工作需要在上电后对内部寄存器进行初始化。该过程是通过FPGA对DM9000A外部控制总线和数据总线的读写操作完成的。具体流程如下：

 

1) 激活PHY

 

设置GPR(REG_1F) CEPI00 bit[0]=0；

 

由于复位后，DM9000A恢复默认的休眠状态以降低功耗，因此需要首先唤醒PHY。

 

2) 进行两次软复位，步骤如下：

 

设置NCR(REG_00)bit[2：0]=011；至少保持20μs；

 

清除NCR(REG_00)bit[2：0]=000；

 

设置NCR(REQ_00)bit[2：0]=011；至少保持20μs；

 

清除NCR(REG_00)bit[2：0]=000；

 

3) 配置NCR寄存器

 

设置NCR(REG_00)bit[2：1]=00；配置为正常模式。

 

通过改变该寄存器可以选择设置内部或者外部PHY、全双工或者半双工模式、使能唤醒事件等网络操作。

 

4) 清除发送状态

 

设置NSR(REG_01)bit[5]=1 bit[3]=l bit[2]=l；

 

5) 设置IMR寄存器(REG_FF)PAR bit[7]=l；启用RX/TX FIFO SRAM读/写地址指针自动返回功能。

6) 通过IMR寄存器(REG_FF)PRM bit[0]/PTM bit[1]，对RX/TX中断使能。如果需要在一个数据帧发送完后产生一个中断，应将PTM bit[1]置为1，如果需要在接收到一帧新数据时产生一个中断，应将PRM bit[1]置为1；

 

7) 设置RCR寄存器，使能数据接收功能。

 

以上步骤完成后．可以通过LED指示灯观测DM9000A是否已成功完成初始化。

 

3.2.2 数据发送模块

 

DM9000A的发送缓冲区可同时存储两帧数据，按照先后顺序命名为帧I和帧II，DM9000A上电初始化后，发送缓存区的起始地址是00H，当前数据帧编号为帧I。两帧数据的状态控制字分别记录在DM9000A的状态寄存器03H和04H中。发送过程如下：

 

首先，FPGA利用写操作寄存器MWCMD(REG_F8)向DM9000A的发送缓存区中写入发送数据帧，写数据帧时需要先写入6字节的目的MAC地址，再写入6字节的源MAC地址，最后写入发送数据。

 

随后，FPGA利用写操作寄存器MWCMD(REG_F8)将数据帧长度写入寄存器FCH和FDH，数据长度为16位，将高8位写入寄存器FCH，低8位写入寄存器FDH。

 

最后，FPGA将发送控制寄存器TCR(REG_02)的bit[1]置为高电平，向DM9000A发出发送数据指令。DM9000A自动进行一些处理才将数据发送至以太网，包括：插入报头和帧起始分隔符；插入来自上层协议的数据，如果数据量小于64字节，则自动补齐64字节；根据目标地址、源地址、长度／类型和数据产生CRC校验序列，并插入校验序列位。这些处理都无需FPGA干预。处理完毕后，DM9000A即开始发送帧I。在帧I发送的同时，帧II的数据即可写入发送缓存区。在帧I发送完后，将帧II的数据长度写入寄存器FCH和FDH，最后将发送控制寄存器NSR(REG_01)的bit[1]置为高电平，即可开始帧II的发送。依此类推，下面发送的帧将会继续编号为帧I，帧II，帧I，帧II……按照同样的方式发送。

 

如果FPGA将中断屏蔽寄存器IMR(REG_FF)的bit[1]置为高电平，那么发送完毕后，DM9000A将会产生一个指示发送完成的中断信号。在发送过程中，FPGA可以查询寄存器标志位寄存器NSR(REG_01)中的TX1END bit[2]或者TX2END bit[3]得到数据帧的发送状态。

发送流程如图4所示。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

寄存器ISR中的PTS标志位是发送中断标志位，当一帧数据发送完毕，PTS=0，FPGA检测到该标志后，应清除标志位以便发送新的数据帧。这里需要注意的是，向FC、FD所写的帧长度应该是包含目的MAC地址段、源MAC地址段和有效数据的总长度。

 

3.2.3 接收模块

 

DM9000A中的接收缓存区是一个环形结构，初始化后的起始地址为0C00H，每帧数据都有4字节长的首部，然后是有效数据和CRC校验序列。首部4字节依次是01H、状态、长度低字节和长度高字节，帧结构如图5所示。

 

 

 

 

 

首部4字节含义如下：

 

第一个字节用于检测接收缓存区中是否有数据。如果这个字节是01 H，表明接收到了数据；如果为00H,则说明没有数据。但是如果第一个字节既不是01H，也不是00H，DM9000A就必须作一次软复位来从这种异常状态中恢复。

第二个字节存储以太网帧状态，由此可判断所接收帧是否正确。

第三和第四字节存储以太网帧长度。后续的字节就是有效数据。

接收过程如下：

查看中断状态寄存器。如果接收到新数据，寄存器ISR的PRS位将被置为0；

如果检测到PRS=0，清除PRS，FPGA开始读取接收缓存区数据。如果第一个字节是01H，则说明有数据；如果是00H，则说明无数据，需要进行复位；根据获取的长度信息，判断是否读完一帧。如果读完，接着读下一帧，直到遇到首字节是00H的帧，说明接收数据已读完。FPGA可以重新查看中断状态寄存器，等待新的有效数据帧。接收流程如图6所示。

 

 

 

4、结束语

 

本节对以太网控制器DM9000A的原理和功能进行介绍，并结合自行开发的SDR接收机平台。基于FPGA设计实现了100 M以太网接口。其设计思路新颖，硬件连接简单。整体系统具有功耗低、体积小、运行稳定可靠等优点。SDR平台的开发融入网络设计理念，在应用中有广泛的前景，大大拓宽了SDR的功能。扩展了SDR的应用领域。

 

三. 其他应用案例： 
(1).IPSTB(机顶盒)：网卡芯片 （DM9000AE/DM9161AE）+ ST系列（5516、5100、5514、5517、7100、7109）；网卡芯片（DM9000AE）+NEC(61110/6114); 
(2).VOD：EM8511+DM9000E/DM9000AE+HS12369; 
(3).DVR: ARM9200+DM9000AE/DM9161AE+HS12369; 
(4).工控主板：S3C2410+DM9000AE+HS12369; 
(5).有线电视服务器：S3C2410+DM9000AE+HS123639; 
(6).无线路由器：RDC+DM562AP; 
(7).门禁机：8051＋DM9000AE+HS12369; 
(8).税控机：LPC2210+DM9000E+HS12369; 
(9).一卡通：LPC2212+DM9000AE+HS12369; 
(10).数据采集：ARM9200+DM9161E;S3C4480+DM9000AE+HS123639; 
(11).液晶广告机：EM8511+DM9000E+HS12369; 
(12).MID:TCC8900(8902)+dm9000AEP(DM9000CEP)+HS123639 

rockchip2818+DM9621 
(13).google TV BOX:rockchip2918+DM9161CEP+HS12369 

 

 

 

 

 

 

  

 

         深圳市恒大创新科技有限公司创建于公元2006年，除了从事电子元器件贸易外，在半导体产品领域最初为一家小型半导体技术支持提供商，从高压非标电源技术开始，我们逐步发展融入到锂电池技术、RFID、AVR、工控技术、光纤通讯、医疗设备、仪器仪表、电力设备、航空航天等领域半导体方案推广。我公司目前已经成功代理SINOWEALTH(中颖)单片机、COILCRAFT(线艺)电感和OMNIVISION(豪威)图象传感器，并成为国际知名品牌NXP、ADI、TI、ST、ON、 IR、NS、AVAGO、MAXIM、ATMEL、MINI-CIRCUITS、MICREL、MICROCHIP、INFINEON、INTERSIL、DAVICOM、MARVELL、SENSIRION的专业增值分销商，另外在ATMEL、ST、XILINX和ALTERA宇航产品等偏冷门军品集成电路芯片方面有较强的资源优势。

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