g版的Ethernut开发板

1、第 1 部分 开发指南第 1 章 1.3g 版的 Ethernut 开发板1.3g 版的Ethernut 是一个小体积的4 层板，尺寸为80mm× 100mm，使用ATmega128 单片机和Realtek 的 RTL8019AS 以太网控制芯片，如图1.1 所示。Atmel的图 1.1 1.3g 版 Ethernut 开发板该开发板具有以下的技术特点：使用 4 层的 PCB 板。 Ethernut1.3g 通过了欧洲的 EMI 认证。 主控芯片为具有 16 MIPS 性能的 ATmega128。以太网控制器为 RTL8019AS ，支持 IEEE 802.2 和 IEEE 802.

2、3 标准。在开发板上集成一个 RJ-45 接口，支持 10Mb 的以太网。提供 2 个 RS-232 串口，其中一个串口通过DB-9 插座引出。128KB 片内可编程的 FLASH ROM 。4KB 片内可编程的 EEPROM 。32KB SRAM 。22 个可编程的 I/O 口。8 个 10 位的模拟 /数字转换器。2 个 8 位和 2 个 16 位的定时 /计数器。提供一个 JTAG 和 ISP 接口。使用看门狗以提高系统的稳定性。共 4 个 LED 用于指示电源和以太网的状态。需要一个 DC8V 16V 或 AC7V 12V 的电源。附录 A 为该开发板的原理图，在编者的网站上有该开发板

3、Eagle 4.11 和 Protei DXP 格式的原理图和PCB 图，读者可以自行下载。读者在自制板时应注意，下载的 PCB 图中存在着一个Bug，读者在制板和焊接时应更正。板上使用的MIC2775 复位控制芯片太敏感，常常误复位，因此在MIC2775 的/MR 脚上新增一个 10K 的上拉电阻和 100nF 的电容接地，如图 1.2 所示，编者将电阻和电容焊在 JTAG 的插座的背面，如图 1.3 所示。图 1.2新增的电阻和电容图 1.3PCB 板上新增的电阻和电容对开发板作一些改动，就可以在 1.3g 版上直接使用已编译好的1.3f 版的源代码， 改动如图 1.4 所示。拆去1.3g

4、 开发板上的R7（ 1206 封装的 0 电阻，在板的正面） ，图 1.5 所示为焊去该电阻后开发板的局部放大图，在原PCB 底板R37 的空位上焊上一个10k 电阻，图 1.6 所示为焊上R37 后的图片，编者用1206 封装的电阻。74·2·图 1.4原理图上的修改说明·3·图 1.5 开发板上拆去 R7图 1.6底板上补焊上 R37通过使用 Ethernut 开发板， 除了可以让用户快速掌握Nut/OS 和 Nut/Net 外，还可以将该开发板直接应用于用户的产品中。由于开发板在建立一个Web 服务器后， 还有相当多的剩余资源用于容纳用户的应用程序

5、，一般情况下，用户的程序可以直接保存在开发板上的ATmega128 中，这有利于降低用户的生产成本和开发难度。由于Ethernut 为开源软硬件，所以允许用户对该设计方案的硬件进行增删，重写和设计自己的PCB 板。Ethernut 可以直接应用于以下及用户可以想得到的地方：网络传感器。远程诊断和维修。远程监控。远程报警服务装置。工业以太网应用装置。家用电器的监控。小型网关，用于支持 RS-323 设备联网的转换器。1.1硬件结构1.3g 版的 Ethernut 的硬件结构框图如图1.7 所示。图 1.71.3g 版 Ethernut 的硬件结构框图在其中最重要的一个元器件就是ATmega128

6、 单片机， 读者在学习本书前，最好能够先看一看该 MCU 的数据手册，也可以到编者的网站下载中文数据手册。开发板上的LM1086 给·4·整个开发板提供+5V 电源； 外扩一片K6T0808 32KB 的 SRAM ；ATmega128 共提供两个硬件UART 接口，在 Ethernut 开发板上，其中一个通过ST3222 引出到 DB-9 插座上；以太网控制芯片为 RTL8019AS ； FB2022 为与 RTL8019AS 配套的隔离变压器。扩展输出端子扩展输出端子直接引出了ATmega128 的总线、 I/O 口、复位、 RD 以及 WR 等端口，用户能够通过这些输

7、出端子向 ATmega128 输入 /输出一些数据和控制信号，也可以利用这个扩展输出端子监控 ATmega128 的工作状态， 还可以利用这些扩展端口增加一些附加的扩展电路板，如板载 VS1001 的 MP3 解码扩展板。 表 1.1 为 Ethernut 扩展输出端口的定义说明， 图 1.8 所示为扩展输出端子的定义示意图。表 1.1Ethernut 扩展输出端口简单说明端口号说明63 64NC55 62PORTD47 54PORTB39 46PORTE23 38ADDR15 22DATA14WR13RD11 12VCC10DC9RESET5 8GND3 4VCC1 2NC功能简介空脚端口

8、D， 8 位双向 I/O 口端口 B，8 位双向 I/O 口端口 E，8 位双向 I/O 口16 位地址总线8 位数据总线外部 RAM 写信号外部 RAM 读信号+5V 电源，最大电流400mA未稳压的直流输入复位信号地+5V 电源，最大电流400mA空脚DB-9 插座Ethernut 的 RS-232 使用一个 DB-9 插座，表 1.2 为 DB-9 插座的管脚功能定义说明， 图 1.9 所示为 DB-9 插座结构示意图。注意该 DB-9 插座定义与标准的 RS-232 定义有所不同，也与2.1b 版的 Ethernut 开发板不同。表 1.2 DB-9 插座简单说明端口号说明功能简介1N

9、C空脚2TXD发送数据3RXD接收数据4NC空5GND地6NC空脚7CTS允许发送8RTS请求发送·5·9Power电源脚·6·图 1.8扩展输出端子定义图 1.9DB-9 插座示意图RJ-45 端口Ethernut 通过 RJ-45 端口与以太网相连，表 1.3 为 Ethernut 的 RJ-45 端口功能定义说明，图 1.10 所示为 RJ-45 端口功能定义示意图。表 1.3RJ-45端口简单说明端口号说明功能简介1TX+发送 +2TX -发送 -3RX+接收 +4POWER电源5POWER电源6RX -接收 -7POWER电源8POWER电源说

10、明：在EIA/TIA-568A标准中，以太网的网线使用编号为1、 2 和 3、 6 的芯线传递数据，编号为4、 5 和 7、 8 的芯线没有利用，因此可以利用这些空的芯线作为电源线使用。ISP 和 JTAG 端口Ethernut 中的 ATmega128 可以通过ISP 将编译后的代码写入片内的FLASH 和 EEPROM中。早期的 ISP 端口只有6 个引脚， 现改为 10 个引脚。 Ethernut 开发板上为10 个引脚的ISP端口，表1.4 为该端口功能定义说明，图1.11 所示为该端口的示意图。·7·表 1.4 ISP 端口简单说明端口号说明功能简介1MOSI数据

11、输入2VCC+5V 电源3PROG编程模式4GND地5RESET复位6GND地7SCK时钟8GND地9MISO数据输出10GND地图 1.10RJ-45 端口示意图图 1.11ISP 端口示意图JTAG端口可以用来仿真ATmega128 的工作情况，也可以将编译后的代码写入ATmega128 芯片，表1.5 为该端口功能定义说明，图1.12 所示为该端口的功能定义示意图。表 1.5 JTAG 端口简单说明端口号说明功能简介1TCK测试时钟，从 JTAG ICE 到目标 JTAG 端口的时钟信号2GND地3TDO测试数据输出，从目标JTAG 端口到 JTAG ICE 的数据信号4VTref目标参

12、考电压5TMS测试模式选择，由 JTAG ICE 到目标 JTAG 端口的模式选择信号6nSRST由适配器到目标系统复位的集电极开路输出，这个引脚也是适配器的输入，目标初始化信息通过这个引脚送入JTAG ICE7VsupplyJTAG ICE 的电源输入8nTRST没有连接，通常用于兼容其他设备，如JTAG 端口复位等9TDI从 JTAG ICE 到目标 JTA 端口的测试数据输入、数据信号10GND地注意： ISP 和 JTAG 同为 10 脚的插座，外形相同，但插座引脚的定义不同，因此不能插错，否则会损坏开发板。靠近开发板边缘的10 脚插座为ISP 插座，只能使用STK-500 下载线。远

13、离开发板边缘的为 JTAG 插座，如图1.13 所示。推荐使用JTAG 进行下载和仿真。·8·图 1.12JTAG 端口示意图图 1.13ISP 和 JTAG 插座LED 指示灯Ethernut 开发板上共有4 个 LED 指示灯，如图1.13 所示。红色的 LED1 为电源指示灯，当Ethernut 开发板通电后该LED 亮。红色的 LED2 用于 UART0 的发送数据指示。绿色的 LED3 和黄色的LED4 用于指示以太网的工作状态，以太网正常连接时，黄色的LED4 点亮，当以太网收发数据时，绿色的LED 点亮。跳线设置为了尽量增加 Ethernut 开发板的适应性，

14、 在 1.3g 开发板上共有 5 组跳线，其位置如图 1.14 所示。下面对其分别进行介绍。图 1.14跳线端口位置示意图·9·JP1：用于将 UART0 的发射端与接收端分别与DB-9插座相应的端口相连接，通常应该短接 JP1 的 1、3 和 2、 4 两组端口，如图1.15 所示。JP2：用于连接 DB-9 插座 RS-232 口的 RTS 和 CTS 信号，通常应该短接 JP2 的 1、3 和 2、 4 两组端口，如图 1.15 所示。JP3：通过以太网线给 Ethernut 供应电源。通过短接JP3 的 1、3和 2、 4 跳线，如图 1.16 所示。 将通过网线传

15、输的电源连接至开发板的交流输入端，由于交流输入端后面带有整流电路， 因此可以不考虑输入电源的极性。该跳线的默认情况是不设置，即没有连接。图 1.15JP1 和 JP2 的跳线设置图 1.16JP3 的跳线设置电源输入Ethernut 需要输入一个 DC8V 12V 或 AC7V 12V 的电源，在开发板上有 D1 D4 共 4 个二极管组成的整流全桥，将输入的交流电整流为直流电，也可让通过电源连接器进入的DC 电源不必区分极性，将得到的直流电滤波后经过LM1086 生成稳压的 +5V 电源，供板上的 ATmega128 和 RTL8019AS 等芯片使用。可以通过以下3 种方法给Ethernu

16、t 供电。方法 1：使用标准2.1mm 的电源连接插座，可以直接输入8V 12V 的直流或6V 9V 的交流。使用这种输入方法，由于内部有已有整流全桥，因此不必考虑输入直流电源的极性，但要注意，不能输入过高的电压，否则可能会损坏LM1086 。方法 2：通过 RJ-45 端口输入电源。由于以太网编号为4、5 和 7、 8 的芯线没有利用，因此可以利用这 4 根芯线来传输电源，通过短接 JP3 的 1、 3 和 2、 4 跳线，将通过网线传输的电源连接至开发板的交流输入端，由于交流输入端后面带有整流电路，因此可以不考虑输入电源的极性。用这种供电方式的最大电流不应超过500mA ，否则可能损坏以太

17、网线。方法 3：通过扩展输出端子接电源。在扩展端口10 脚接 +8V +16V 的直流电压， 5、6、 7 或 8 脚接输入电源的地，也可以直接在3、 4、11 或 12 脚接已经稳压过的+5V电源。注意，这是无保护的供电方式，如果输入电压过高或电源极性接反，会导致开发板损坏。·10·1.2运行 BaseMon 演示程序当然，用户在准备运行BaseMon 程序前，应该先做好以下的准备工作： 1 块 1.3g 版的 Ethernut 开发板，可以购买或自制。如果是自制的开发板，则必须将basemon.hex 写入 ATmega128 的 FLASH 中；如果是购买的 Ethe

18、rnut 开发板，则板上已经写入该文件。一台 PC 机，上面必须安装有 Linux操作系统或 Windows95/98/2000/XP/2003 操作系统，虽然 Ethernut 最初是使用 Linux 下的开发工具，而且每次推出新版源代码总是基于 Linux 平台的，但鉴于绝大多数的读者都是使用基于Microsoft的 Windows操作系统，因此本书将针对Windows98 和 Windows XP 两种操作系统进行介绍，不介绍与 Linux 相关的内容。 PC 机中还必须安装一个10Mb 或 10/100Mb 兼容的网卡，在开发和学习网络时，强烈建议用户使用一个和其他网络完全隔离的单独网

19、络，比如用 PC 机中的网卡与Ethernut 开发板直接连接，组成一个小型网络，这样可以防止在调试和测试时干扰网络的正常通信，也可以避免被网络上的通信干扰调试和测试过程。PC 机上还必须安装相应的串口通信软件，对于Windows 98 和 Windows XP 两种操作系统，都必须安装超级终端软件。在Windows98 中必须由用户手工添加，选择“开始设置控制面板添加/删除程序 Windows 安装程序通信” ，然后选中“超级终端”复选框，再单击“确定”按钮即可。在WindowsXP 中，超级终端已默认安装。一个连接 PC 机串口与 Ethernut 开发板上的 DB-9的串口延长线， 一般

20、在电脑城或者电子配件店都可以购买到。一个交流或直流电源，输出电压为AC6V 12V或 DC8V 16V ，输出电流应大于500mA 。一根连接 Ethernut 和以太网交换机（或集线器）的以太网线，如果读者将Ethernut直接与 PC 机上的网卡相连， 则该网线的一头必须符合EIA/TIA-568A标准，另一头必须符合 EIA/TIA-568B标准，即两个水晶头的发送线与接收线交换一下。如果将Ethernut 与 交 换 机 或 集 线 器 相 连 ， 网 线 的 两 头 同 时 符 合 EIA/TIA-568A或EIA/TIA-568B标准即可。 在任一家电脑店都可以购买到该连线，只要在

21、购买时说明用途（连接交换机或 PC 互联线）即可。一个与 Atmel 的 STK-500 相兼容的下载线，以及与下载线相配套的下载软件。一种合适的编译软件，可以选用WinA VR 或 ICCA VR 。如果选用 ICCA VR ，应选用专业版（ PROFESSIONAL ），而不能选用标准版（Standard）或演示版，因为后面两个版本不能编译大于 64KB 的代码。 也可以使用 CVAVR 来编译 Ethernut，但是由于该编译器与 WinA VR 和 ICCA VR 的代码不兼容， 需要较大的移植工作量， 所以不推荐使用。一个可选的 JTAG 仿真器和仿真软件。确定已经完成了以上的准备工

22、作后，用串口线连接Ethernut 板上的 DB-9 与 PC 机的 COM口，打开超级终端，选择PC 机上与 Ethernut 相连接的COM 口，一般为 COM1 或 COM2 。·11·只要波特率在38400bit/s 115200bit/s 之间， BaseMon 程序就能够自动测定和设置波特率。这里设定为38400bit/s ，无奇偶校验， 8 个数据位和1 个停止位，流量控制使用Xon/Xoff ，如图 1.17 所示。BaseMon 演示程序自动波特率测定的功能是通过检测 PC 机送出的空格字符来确定的，原理如下：晶振频率波特率16(校正值1)其中校正值范围为

23、 0 71。当晶振频为14.7456MHz ，默认的校正值为 23 时，则默认的波特率为：384001474560016 (23 1)使用相应的以太网线将开发板与PC 机上的网卡直接相连，或者将开发板和交换机（或集线器）相连接。要注意，这两种连线是不同的。再将电源转换器上的电源输出插头插在开发板的电源插座上，给开发板输入7V 12V 交流电或 8V 12V 直流电， Ethernut 的 LED1（电源指示灯）和 LED4 （以太网工作指示灯）将点亮。在完成以上设置后，在超级终端的界面中按住空格键不放，然后按一下开发板上的复位按钮，略等数秒后在超级终端上就会显示如图1.18 所示的 BaseM

24、on 欢迎界面。如果开发板在 2 分钟之内没有检测到PC 机送出的空格字符，开发板就自动设置波特率为 38400bit/s （晶振 14.7456MHz 时），并跳过 BaseMon 欢迎界面进行自检，自检结束后向串口输出提示信息， 自动运行 Nut/OS 操作系统和 Nut/Net 协议栈， 配置以太网参数并提供 Web 服务。图 1.17超级终端的设置图 1.18BaseMon欢迎界面如果在 BaseMon 欢迎界面中选择 “ B”功能，Ethernut 将初始化以太网控制器 （RTL8019AS ）并向以太网不断发送广播信号，开发板上黄色的LED 和绿色的LED 会不断闪烁，并在超级终端

25、输出如图1.19 所示的提示信息， 直到用户在超级终端中按下任意一个按键后才停止发送以太网广播信号。利用这个功能， 用户可以通过示波器检查RTL8019AS 发出的以太网数据信号是否正常。如果在 BaseMon 欢迎界面中选择 “ E”功能， 则 Ethernut 将从 8300 地址连续读取以太网控制器（ RTL8019AS ）的 ID ，在超级终端输出如图1.20 所示的提示信息，直到用户在超级·12·终端中按下任意一个按键后才停止读取。·13·图 1.19以太网广播状态提示信息图 1.20 RTL8019AS 的 ID 信息利用这个功能， 可以通过

26、示波器或逻辑分析仪来检查地址总线和数据总线的工作情况。如果在 BaseMon 欢迎界面中选择“J”功能，则程序将开始执行指令地址为1f000h 处的指令，如果 Ethernut 开发板在 1f000h 处写入 bootloader 程序，则该程序将运行 DHCP/ BOOTP/ TFTP 协议并从指定的 TFTP 服务器中装入新的目标文件 （扩展名为 .bin），要注意， 新的目标文件会覆盖掉现在正在运行的程序文件。使用该功能后在超级终端输出“Booting ”的提示信息，如图1.21 所示。图 1.21Bootloader的信息注意：这种方式虽然可以很快装入新的目标文件，但由于bootloa

27、der 在写入校检失败后会自动重写，如果用户修改bootloader 程序有误或操作不当，就可能在很短的时间内就将该页的 FLASH 写坏而导致ATmega128 报废。早期生产的ATmega128 的 FLASH 写寿命为1000次，只要几秒钟就会将该页的FLASH 写坏；现在生产的ATmega128 的 FLASH 写寿命为 10000次，写坏的时间会长一些。如果不是特殊情况，不建议使用这种方式更新目标文件，而建议使用 ISP 下载或通过JTAG 仿真器下载新的目标文件方式。如果在 BaseMon 欢迎界面中选择“S”功能，将进入测试SRAM 状态， Ethernut 将测试地址总线和数据

28、总线中的每一个位，并在超级终端输出如图1.22 所示的提示信息，直到用户在超级终端中按下任意一个按键后才停止查找和校验。利用这个功能，可以通过示波器或逻辑分析仪来检查地址总线和数据总线的工作情况。·14·图 1.22 测试 SRAM 的提示 信息如果在 BaseMon 欢迎界面中选择“X ”功能，将退出BaseMon 界面。 Ethernut 将初始化Nut/OS 实时操作系统， 提示用户输入以太网参数。 在演示中， 若输入 MAC 为 000698000000， IP 地址为，子网掩码为，网关为，Nut/OS 将配置以太网，最后提供Web 服务，在超级终端输出如图1.23

29、 所示的提示信息。图 1.23超级终端上的提示信息一个以太网控制器的MAC 地址是由48 个二进制位组成的，前24 位是以太网控制器的识别标志，这个识别标志是由IEEE 组织分配的，每个厂商均不相同，其中Egnite SoftwareGmbH 的前 24 位为 000698。后面 24 位作为以太网控制器的生产序列号由生产厂商自行分配，只是要求每块以太网控制器的生产序列号不能重复，因此每个以太网控制器的MAC 地址必须各不相同。在我们的实验中，至少要保证局域网内的MAC 地址不重复。1.3网络设置PC 机网卡的设置Ethernut 开发板要通过TCP/IP 协议连入以太网或互联网，就必须给开发

30、板分配一个IP地址，而且必须是当前没有被网络中的其他节点所使用的IP 地址。如果用户将开发板放到一个局域网中测试，应向网络管理员申请一个IP 地址， 并知道该局域网的子网掩码和网关。如果用户的局域网中有DHCP 服务器， 就可以将开发板的IP 地址设置为，Ethernut 会询问 DHCP 服务器，自动配置DHCP 服务器分配的IP 地址、子网掩码和网关。如果 Ethernut 开发板没有连入以太网或互联网，而是直接与PC 机上的网卡互连，组成一个小型的网络，这样理论上Ethernut 可以使用任意的IP 地址，只要不与PC 机上的网卡相同即可，但是通常情况下都是使用如这样的内网地址。在下面的

31、介绍中，假设开·15·发板是与PC 机网卡互联，PC 机使用 RTL8139C 以太网控制芯片的网卡，设置网卡的IP 地址为，Ethernut 开发板的IP 地址为，子网掩码均为，网关为。必须先按以下方法设置PC 机网卡的IP 地址，在Windows98 环境中，选择“开始设置控制面板网络” ，打开如图1.24 所示的网卡配置界面。在Windows XP 环境中，选择“开始设置控制面板网络和Internet 连接网络连接本地连接（ Realtek RTL8139 ）”，打开如图1.25 所示的网卡配置界面。图 1.24Windows 98中的网络属性图 1.25Window

32、s XP中的本地连接属性在 Windows 98 中，选择 TCP/IP Realtek RTL8139（A/B/C/8130 ） PIC Fast Ethernet NIC的属性，并输入指定的IP 地址，如图 1.26 所示。再在网关配置页面中输入网关为。在 Windows XP 中，选择“ Internet 协议（ TCP/IP ）”的属性，并输入指定的 IP 地址，如图 1.27 所示。说明：编者用的网卡为 RTL8139 10M/100M 网卡，如果读者用的网卡型号与编者的不同，则读者 PC 上的提示信息会与编者的有所差异，但设置方法是一样的。图 1.26Windows 98中指定 IP 地址图 1.27Windows XP中指定 IP 地