STM32以太网控制系统

王海民， 王宏志

（长春工业大学计算机科学与工程学院，吉林长春 130012）

STM32以太网控制系统

王海民， 王宏志

（长春工业大学计算机科学与工程学院，吉林长春 130012）

基于STM32微控制器和以太网ENC28J60搭建了网络控制系统，详细阐述了系统的硬件和软件设计，实现Web服务器远程控制。

STM32；ENC28J60；以太网；Web

0 引 言

随着信息技术的发展，以PC为代表的计算机网络技术发展到一个更高阶段，以嵌入式智能设备为核心的后PC时代已经来临［1］。在面向慢速网络应用系统和网络设备中，对数据传输的速度要求不高，通常只需要完成现场传感数据采集与传输、远程设备控制等功能，可选择内部不带以太网的MAC控制器的微处理器，使用外加一个专用的以太网模块来实现，这些模块常见的有ENC28J60，CP2200，W5100等，成本低、接口简单、使用方便。

1 芯片介绍

1.1 STM32F103xx芯片

STM32F103xx增强型系列使用高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC内核，Cortex-M3处理器内核采用ARMv7-M架构，工作频率为72MHz，内置高速存储器（高达128K字节的闪存和20K字节的SRAM），丰富的增强I／O端口和联接到两条APB总线的外设。所有型号的器件都包含2个12位的ADC，3个通用16位定时器和1个PWM定时器，还包含标准和先进的通信接口：多达2个I2C和SPI，3个USART，1个USB和1个CAN［2］。STM32F103xx增强型系列工作于－40～＋105℃的温度范围，供电电压2.0～3.6V，一系列的省电模式保证低功耗应用的要求。这些丰富的外设配置，使得STM32F103xx增强型微控制器适合用于医疗和手持设备、PC外设和GPS平台、汽车电子、数据通信、工业控制、消费类产品等多种应用场合［3－4］。

1.2 ENC28J60芯片

ENC28J60以太网控制器适合于创建占用空间小、成本低、精简的嵌入式网络应用。目前市场上大部分以太网控制器采用的封装均超过80引脚，接线复杂，占用电路板空间大［5］。而符合IEEE802.3协议的ENC28J60只有28引脚，既能提供以太网相应的功能，又大大简化相关设计，并减小占板空间。此外ENC28J60以太网控制器采用业界标准的SPI串行接口，只需4条连线即可与主控单片机连接，与主控制器的通信是通过两个中断引脚和SPI实现，两个专用的引脚用于连接LED，进行网络活动状态指示。它还提供了一个内部DMA模块，以实现快速数据吞吐和硬件支持的IP校验和计算。这些功能加上免费的TCP／IP软件协议栈，使之成为目前市面上最小的嵌入式应用以太网解决方案［6］。

2 系统硬件组成

系统硬件结构框图如图1所示。

图1 系统硬件结构图

该系统包括以下几点。

1）电源模块，为系统提供稳定的电源；

2）晶振模块，为系统提供时钟；

3）复位模块，复位MCU；

4）JTAG接口模块，下载程序；

5）启动模式选择模块，选择不同的启动模式；

6）ENC28J60模块，实现以太网功能；

7）RJ45接口模块，以太网接口。

网络变压器HR911105A外围电路接法如图2所示。以太网ENC28J60与STM32F103x的接法

图2 网络变压器HR911105A外围电路接法

如图3所示。

3 系统软件实现

3.1 开发环境RVMDK和仿真器J-Link简介

RealView MDK开发套件源自德国Keil公司，被全球超过10万的嵌入式开发工程师验证和使用，是ARM公司目前最新推出的针对各种嵌入式处理器的软件开发工具。RealView MDK集成了业内最领先的技术，融合了中国多数软件开发工程师所需的特点和功能。包括μVision3集成开发环境与RealView编译器，支持ARM7，ARM9和最新的Cortex-M3核处理器，自动配置启动代码，集成Flash烧写模块，强大的Simulation设备模拟，性能分析等功能，与ARM之前的工具包ADS等相比，RealView编译器的最新版本可将性能改善超过20%［7］。RealView MDK出众的价格优势和功能优势将成为ARM软件开发工具的标准。

J-Link是SEGGER公司为支持仿真ARM内核芯片推出的JTAG仿真器。配合IAR EWARM，WinARM，ADS，Keil，RealView等集成开发环境，即可支持所有ARM7／ARM9／ARM11和Cortex-M0／M1／M3核内核芯片的仿真，仿真通过RDI接口和各集成开发环境进行无缝连接，具有操作方便、连接方便、简单易学的特点，是ARM处理器最实用的开发工具［8－9］。

图3 以太网ENC28J60与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（）； ／＊配置系统时钟为72M＊／

LED＿GPIO＿Config（）； ／＊配置LED＊／

SPI＿Enc28j60＿Init（）；／＊ENC28J60SPI接口初始化，调用库函数＊／

Web＿Server（）；／＊ENC28J60WEB服务程序，在浏览器上创建一个web服务器，通过web里面的命令来控制开发板＊／

return 0；

｝

在配置ENC28J60SPI接口初始化时，有两个重要的配置是CPOL（时钟极性）和CPHA（时钟相位），ENC28J60SPI的时序图如图4所示。

图4 ENC28J60的SPI时序图

知其应配置为SPI＿InitStructure.SPI＿CPOL＝SPI＿CPOL＿Low；

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

Web＿Server主要是生成HTML格式的数据。构建一个交互式的网页，通过HTML提供“＜ahref＝”形式的代码，可以在网页中添加需要的连接，同时HTML还允许实现其它复杂的窗口效果。很关键的问题是，描述HTML窗口结构的代码相当复杂，难以解读。一个非常简单的解决方法是实现一个虚拟的文件夹和文件。而密码实际上就是需要访问的文件夹。需要输入：http：／／IP＿or＿HOST／Password，通过这个超级链接，实现一个虚拟的文件，而这个文件也就代表了用户请求所需要的指令。

程序的大体流程如图5所示。

图5 软件简要框图

4 实验现象与结论

IP地址和端口配置：一般把ENC28J60的IP地址配置成与测试电脑同一个IP段，例如PC机的IP是192.168.1.102，下面为了方便测试把ENC28J60的IP地址配置成192.168.1.42。Web Server默认的端口号是80，这样可以采用这个默认值。在web＿server.c文件里完成如下配置：

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

／＊tcp／www监听端口号，范围为：1－254＊／static unsigned int mywwwport＝80；

密码设置：在Web Server里设置一个密码。如果不需要密码，也可以把设置密码这部分代码注释掉。密码设置在password数据组里，不超过9个字符：

PC机上用浏览器测试：运行上述程序之后，如果ENC28J60正常工作，RJ-45上的LED将亮。LED由ENC28J60通过软件配置控制，因此，如果LED亮，则说明SPI可正常通信，也说明ENC28J60已经处于工作状态，不过只是LED亮还不能说明ENC28J60完全正常工作，还需要进行ping测试，ping命令利用ICMP协议包来侦测另一个主机是否可达。原理是用类型码为0的ICMP发请求，收到请求的主机则用类型码为8的ICMP回应。可以用ping命令来计算间隔时间，并计算有多少个包被发送。用户可以判断网络大致的情况。可以看到，ping给出来了传送的时间和TTL的数据。

ping测试结果如图6所示。

图6 ping测试结果

Web测试：用ping命令测试完全成功之后，说明ENC28J60已经完全正常工作，在进行TCP通信部分和Web Server是否正常工作。在PC机的浏览器地址栏输入STM32板的Web Server网页地址http：／／192.168.1.42／201105，其中201105为密码，正常情况下可以看到Web测试界面，如图7所示。

鼠标单击“点亮LED”，可以控制STM32板上的LED亮。

测试结果表明，该系统运行稳定，实现了以太网的接口功能；没有操作系统的支持实现单芯片与Internet的连接，可以为嵌入式网络的开发提供硬件平台［10］。

图7 Web测试界面

［1］张冬泉，谭南林.Windows CE实用开发技术［M］.北京：电子工业出版社，2006.

［2］意法半导体（中国）投资有限公司.STM32F10xxx参考手册［EB／OL］.［2011-05-05］.http：／／www.st.com／mcu／.

［3］Joseph Yiu.ARM Cortex-M3权威指南［M］.宋岩，译.北京：北京航空航天大学出版社，2009.

［4］王志军.工业控制专用嵌入式以太网模块的开发［J］.长春工业大学学报：自然科学版，2005，26（2）：117-119.

［5］廖义奎.Cortex-M3之STM32嵌入式系统设计［M］.北京：中国电力出版社，2013.

［6］刘琼，朱志伟，周志光.基于ENC28J60的嵌入式网络接口的设计［J］.微计算机信息，2008，24：306-308.

［7］刘军.例说STM32［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2011.

［8］于春雪.STM32F1 03的高速以太网接口设计［J］.新器件新技术，2011（9）：44.

［9］莫全力，李国义，茁壮壮，等.基于ARM平台的嵌入式系统：以太网接口的设计与实现［J］.辽宁工业大学学报，2009，29（2）：87-89.

［10］尤文，王宏志，柳青蕴.具有非线性切换函数的变结构控制器设计［J］.长春工业大学学报：自然科学版，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“春晖计划”项目（403-004077003）

王海民（1987－），男，汉族，河南周口人，长春工业大学硕士研究生，主要从事数字信号处理和嵌入式技术方向研究，E-mail：whaimin12＠sina.com.