一种基于SPI控制器网络通讯控制系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于SPI控制器网络通讯控制系统及方法，通过对准信息处理分配装置中的数据处理模块选用先进的基于ARM Cortex

【技术实现步骤摘要】
一种基于SPI控制器网络通讯控制系统及方法


[0001]本专利技术属于嵌入式系统开发
，尤其是一种基于SPI控制器网络通讯控制系统及方法。

技术介绍

[0002]目前，在嵌入式系统处理器中基于SPI控制器的设备非常丰富，此外，SPI设备的不同以及处理器对GPIO口位寻址是否支持各处理器各有不同，因而不同处理器中GPIO模拟SPI控制器也各不相同。
[0003]不同处理器实现网络接口的方法不同，对于无操作系统要求的处理器实现网络通信，按传统的软件TCP/IP协议栈方案，由处理器+MAC+PHY再加入网络接口实现以太网的物理连接，通过在主控处理器芯片中植入TCP/IP协议代码实现通信及上层应用。由于软件协议栈操作需要主控处理器不断地响应中断，这在很大程度上占用了主控处理器的运算、时钟资源，并随着线程增多，处理器的工作效率直线下降，会严重影响通信质量，且本身内存资源匮乏的处理器来说负荷过重，并从安全性的角度看，设备联入网络之后必须考虑网络安全问题，软件协议栈的方式系统一旦受到复杂的恶意攻击，处理器功能很有可能瘫痪掉，这对系统就是致命性打击。
[0004]我军舰机惯导对准保障随着海军的发展和作战使命任务的变化，遂行作战任务对准信息快速处理、通信速度提出了更高的要求，Cortex
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M4是基于ARMv7的ARM微处理器，是针对微控制器和低成本应用而专门优化的嵌入式处理器，是一系列可向上兼容的高能效、易于使用的处理器，优化了作业流程，提高了对准保障效率。
[0005]对准信息处理分配装置内部嵌装网络通信模块、数据处理模块。网络通信模块实现定时以对准保障方式向UDP客户端传送对准保障信息，数据处理模块通过GPIO模拟SPI控制器与网络通信模块实现快速交换数据，数据处理模块将惯导对准保障分系统各数据进行补偿解算、从而获取惯导舰船对准信息。
[0006]目前关于ARM Cortex
‑
M4处理器通过GPIO模拟SPI控制器与硬件TCP/IP协议栈芯片实现网络通讯控制系统及方法，国内现有文件资料尚属空白。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于SPI控制器网络通讯控制系统及方法，能够很方便快捷的进行嵌入式以太网应用开发，从而提高产品开发的效率，降低了产品开发的成本，且高效、稳定的方案能够使研发过程更为简单与快捷。
[0008]本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种基于SPI控制器网络通讯控制系统，包括处理器，网络控制器和集成电路稳压器，其中处理器处理应用层数据，实现通讯控制和各设备逻辑输入输出，网络控制器用于网络包的封装与解封，并通过CSMA/CD协议实现链路层管理，以及进行数据编码及译码，实现与局域网和网络客户端设备间互连功能，集成电路稳压器用于稳定电源电路的输出电压，
满足处理器和网络控制器供电电源要求；集成电路稳压器以24v作为电源输入，通过输出端子提供处理器和网络控制器稳定直流电源，网络控制器将局域网或网络客户端设备网络包的数据读进处理器，同时还读入网络包中的网络配置参数信息，处理器完成网络包的处理转换后，将处理转换后的网络包经网络控制器转发向局域网或网络客户端设备提供。
[0009]而且，所述处理器包括GPIO模拟SPI控制器和与GPIO模拟SPI控制器连接的控制线RST，控制线RST用于处理器控制硬件TCP/IP协议栈芯片硬件复位。
[0010]而且，所述GPIO模拟SPI控制器包括：通讯控制线、时钟控制逻辑、数据控制逻辑和整体控制逻辑，其中，通讯控制线包括：控制线MISO、控制线MOSI、控制线NSS、控制线SCK；控制线MISO和控制线MOSI为GPIO模拟SPI控制器的数据线，用于收发数据，控制线NSS为GPIO模拟SPI控制器的片选，控制线SCK为GPIO模拟SPI控制器的时钟信号线；时钟控制逻辑包括：波特率发生器，用于配置GPIO模拟SPI控制器的SCK时钟频率和通讯模式；数据控制逻辑包括：包括数据和地址总线、数据移位寄存器、接收缓冲区和发送缓冲区；整体控制逻辑包括：状态寄存器SPI_SR、控制寄存器SPI_CR1和控制寄存器SPI_CR2、主控制电路和通信电路，状态寄存器SPI_SR，用于读取状态寄存器相关的寄存器位，得到GPIO模拟SPI控制器的工作状态；控制寄存器SPI_CR1和控制寄存器SPI_CR2用于设置GPIO模拟SPI控制器的工作模式；主控制电路用于控制中断信号、DMA请求和控制NSS信号线；通信电路用于协调GPIO模拟SPI控制器的外设，并通过GPIO模拟SPI控制器与外设保持通信。
[0011]而且，所述网络控制器包括：硬件TCP/IP协议栈模块、网络变压器和RJ45连接器及控制线，控制线包括控制线TXON、控制线TXOP、控制线RXIP、控制线RXIN、控制线LINKn和控制线ACTn。
[0012]而且，所述硬件TCP/IP协议栈模块包括W6100芯片及其外围电路，W6100芯片内部包括以太网数据链路层和物理层芯片，以太网数据链路层和物理层芯片通过媒体独立接口MII链接，其中，以太网数据链路层用于和GPIO模拟SPI控制器实现数据交换，物理层芯片用于解码模拟信号，并传送数字信号，同时检测网络上是否有数据传输；网络变压器包括FC62115BNL芯片及其外围电路，RJ45连接器用于局域网和网络客户端设备间连接。
[0013]而且，所述控制线TXON和控制线TXOP用于发送信号，通过TXOP信号或TXON信号组发送差分数据信号；控制线RXIP和控制线RXIN用于接收信号，通过RXIP信号或RXIN信号组接收差分数据信号；控制线LINKn用于表示PHY连接灯指示状态；控制线ACTn用于表示连接活动灯指示状态。
[0014]而且，所述集成电路稳压器包括LM2675芯片及其外围电路和LM1117芯片及其外围电路，LM2675芯片与LM1117芯片使用级联电源供电方式输出3.3V电源。
[0015]一种基于SPI控制器网络通讯控制系统的控制方法，包括以下步骤：步骤1、配置GPIO管脚，设置管脚操作模式及类型，并使能串口时钟，开启总线时
钟；步骤2、配置SPI控制器，并指定以下各参数，参数包括数据模式、工作模式、传输数据长度、时钟极性与相位、片选管理方式、比特率计算、数据传输顺序、CRC校验计算方式；步骤3、打开SPI控制器的使能；步骤4、设置W6100芯片的网络锁定寄存器、IPv4、IPV6网络配置寄存器、重传超时时间值寄存器和重传次数寄存器；步骤5、配置以太网PHY操作模式，设置W6100芯片的PHY状态寄存器，指示PHY当前的操作模式和连接状态；步骤6、配置SOCKET0，使其为基于W6100芯片双协议栈IPv4/IPv6的UDP双模式；步骤7、将要发送的目标数据包的数据写入SOCKET0发送缓冲区，之后通过写入数据大小增加SOCKET0写偏移地址，并通过设置SEND及IPv6 SEND使W6100芯片传输网络数据；步骤8本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于SPI控制器网络通讯控制系统，其特征在于：包括处理器，网络控制器和集成电路稳压器，其中处理器处理应用层数据，实现通讯控制和各设备逻辑输入输出，网络控制器用于网络包的封装与解封，并通过CSMA/CD协议实现链路层管理，以及进行数据编码及译码，实现与局域网和网络客户端设备间互连功能，集成电路稳压器用于稳定电源电路的输出电压，满足处理器和网络控制器供电电源要求；集成电路稳压器以24v作为电源输入，通过输出端子提供处理器和网络控制器稳定直流电源，网络控制器将局域网或网络客户端设备网络包的数据读进处理器，同时还读入网络包中的网络配置参数信息，处理器完成网络包的处理转换后，将处理转换后的网络包经网络控制器转发向局域网或网络客户端设备提供。2.根据权利要求1所述的一种基于SPI控制器网络通讯控制系统，其特征在于：所述处理器包括GPIO模拟SPI控制器和与GPIO模拟SPI控制器连接的控制线RST，控制线RST用于处理器控制硬件TCP/IP协议栈芯片硬件复位。3.根据权利要求2所述的一种基于SPI控制器网络通讯控制系统，其特征在于：所述GPIO模拟SPI控制器包括：通讯控制线、时钟控制逻辑、数据控制逻辑和整体控制逻辑，其中，通讯控制线包括：控制线MISO、控制线MOSI、控制线NSS、控制线SCK；控制线MISO和控制线MOSI为GPIO模拟SPI控制器的数据线，用于收发数据，控制线NSS为GPIO模拟SPI控制器的片选，控制线SCK为GPIO模拟SPI控制器的时钟信号线；时钟控制逻辑包括：波特率发生器，用于配置GPIO模拟SPI控制器的SCK时钟频率和通讯模式；数据控制逻辑包括：包括数据和地址总线、数据移位寄存器、接收缓冲区和发送缓冲区；整体控制逻辑包括：状态寄存器SPI_SR、控制寄存器SPI_CR1和控制寄存器SPI_CR2、主控制电路和通信电路，状态寄存器SPI_SR，用于读取状态寄存器相关的寄存器位，得到GPIO模拟SPI控制器的工作状态；控制寄存器SPI_CR1和控制寄存器SPI_CR2用于设置GPIO模拟SPI控制器的工作模式；主控制电路用于控制中断信号、DMA请求和控制NSS信号线；通信电路用于协调GPIO模拟SPI控制器的外设，并通过GPIO模拟SPI控制器与外设保持通信。4.根据权利要求1所述的一种基于SPI控制器网络通讯控制系统，其特征在于：所述网络控制器包括：硬件TCP/IP协议栈模块、网络变压器和RJ45连接器及控制线，控制线包括控制线TXON、控制线TXOP、控制线RXIP、控制线RXIN、控制线LINKn和控制线ACTn。5.根据权利要求4所述的一种基于SPI控制器网络通讯控制系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张珊珊，庞志超，刘真晖，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七零七研究所，
类型：发明
国别省市：