嵌入式以太网开发套件Ethernet - DK使用指南

在嵌入式系统开发中，以太网通信是一项关键技术。Silicon Laboratories的嵌入式以太网开发套件Ethernet - DK为开发者提供了一个全面的解决方案，可用于开发实际的嵌入式以太网应用。本文将详细介绍该套件的使用方法，包括硬件设置、网络配置、软件安装以及嵌入式以太网教程等内容。

文件下载：AB4.pdf

一、套件概述

Ethernet - DK套件提供了开发嵌入式以太网应用所需的硬件和软件。它采用了业界认可的CMX Micronet™协议栈和高性能的Silicon Laboratories微控制器。TCP/IP协议栈专为嵌入式处理器开发，并以易于使用的库形式免费分发。同时，还提供了TCP/IP配置向导，可生成高度定制的库和项目文件，方便在Silicon Laboratories集成开发环境（IDE）中进行管理。

硬件方面，套件包含C8051F120目标板、AB4以太网开发板、USB调试适配器和必要的电缆。C8051F120目标板采用100 MIPS、128 kB Flash、8 kB RAM的C8051F120 MCU。AB4板提供的MCU网络接口由CP2200以太网控制器和带有集成磁体与LED的RJ - 45连接器组成。TCP/IP库包含CP2200的内置驱动，并具有自定义驱动接口和自动生成的模板，方便为任何以太网控制器编写驱动。

二、套件内容

套件包含以下物品：

1. 硬件部分：C8051F120目标板、AB4以太网开发板、CAT5e以太网电缆、通用AC转DC电源适配器、USB调试适配器、USB电缆、串行电缆。
2. 软件和文档部分：Silicon Laboratories评估套件IDE和产品信息CD - ROM，其中包含IDE、Keil C51评估工具链、源代码示例和寄存器定义文件、TCP/IP配置向导、嵌入式以太网开发套件用户指南等。

三、硬件设置

1. 将AB4以太网开发板连接到C8051F120目标板的J24处，确保96针连接器牢固连接。
2. 使用带状电缆将USB调试适配器连接到C8051F120目标板的JTAG头。
3. 将USB电缆的一端连接到PC的可用USB端口，另一端连接到USB调试适配器的USB连接器。
4. 将AC/DC电源适配器连接到C8051F120目标板的P1处，为两块板供电。注意，建议将'F120TB上与AB4板供电网络串联的2 Ω电阻替换为0 Ω电阻，以防止电流需求增加时出现大的电压降，触发VDD监视器复位。

四、网络设置

4.1 连接方式

该套件可以使用标准以太网电缆连接到以太网网络，也可以使用交叉电缆直接连接到PC。两种连接方式各有优缺点：	连接方式	优点	缺点
标准电缆	可远程访问嵌入式系统；多个嵌入式系统可联网，可从同一或多个PC访问；使用交换网络时，可减少数据包延迟	需要现有网络和路由器/交换机；PC无需额外IP地址配置
交叉电缆	专用通道带宽，适合进行一致的数据吞吐量测量；无需额外硬件	PC与嵌入式系统的距离受电缆长度限制；只能从单个PC访问单个嵌入式系统；PC必须配置静态IP地址；交叉电缆需单独购买

4.2 网络设置步骤

• 使用标准电缆：将AB4以太网开发板通过标准以太网电缆连接到以太网墙插座或路由器/交换机，同时将PC连接到同一以太网网络。
• 使用交叉电缆：将AB4以太网开发板直接通过交叉电缆连接到PC，然后配置PC的静态IP地址。具体步骤如下：
  1. 打开网络连接文件夹，右键单击本地连接并选择属性。
  2. 选择Internet协议（TCP/IP）并点击属性。
  3. 选择“使用下面的IP地址”，指定PC的IP地址和子网掩码。对于子网掩码255.255.255.0，嵌入式系统的IP地址必须与PC的IP地址的前三个八位字节匹配，PC才能识别嵌入式系统。
  4. 配置完成后点击“确定”。

4.3 选择嵌入式系统的IP地址

为了让PC识别网络上的嵌入式系统，需要正确配置其IP地址和子网掩码。选择IP地址时应遵循以下准则：

1. 找到PC的IP地址和子网掩码，如果指定了默认网关，保存该地址以备后用。
2. 嵌入式系统的IP地址在子网掩码为1的所有位位置上必须与PC的IP地址匹配。
3. 不要使用重复的IP地址或广播地址。
4. 255.255.255.255是以太网广播地址，用于网络子网掩码未知的情况。

五、软件设置

1. 将套件CD - ROM放入PC的CD - ROM驱动器，安装程序将自动启动。如果未自动启动，运行CD - ROM根目录下的autorun.exe。
2. 在安装对话框中，点击“安装开发工具”按钮。
3. 选择ETHERNET - DK条目并按下“安装”按钮。
4. 取消选择“安装Raisonance评估8051工具集”选项，选择“安装Keil评估8051工具集”，然后按下“安装”按钮。
5. 按照安装提示完成开发工具的安装。默认情况下，Silicon Laboratories IDE将安装在C:SiLabsMCU目录，嵌入式以太网示例将安装在C:SiLabsMCUExamplesC8051F12xEthernet目录，TCP/IP配置向导将安装在C:SiLabsMCUTCP - IP Config目录。
6. 要编译本教程中的项目，需要将Keil工具启用为4k代码限制的评估版本，具体信息可参考“AN104: Integrating Keil 8051 Tools into the Silicon Labs IDE”。

六、嵌入式以太网教程

6.1 阶段1 - 基本Web服务器

6.1.1 使用TCP/IP配置向导生成项目

1. 从Windows开始菜单启动TCP/IP配置向导，也可以双击默认位于“C:SiLabsMCUTCP - IP Config”目录下的TCPIP_Config.exe。
2. 在左侧窗口的通信适配器部分，勾选CP2200。
3. 验证左侧窗口的设备部分选择了C8051F12x。
4. 在左侧窗口的协议设置部分，确保选择了以太网，然后勾选HTTP，较低级别的协议（如TCP）将自动启用。
5. 在左侧窗口的系统设置部分，选择IP地址。
6. 在右侧窗口，将源IP地址设置为嵌入式系统的IP地址。
7. 如果知道网络的网关IP地址和子网掩码，在右侧窗口填写这些地址。
8. 如果使用CP2200，忽略MAC地址字段，因为CP2200以太网控制器包含一个存储在闪存中的唯一工厂编程MAC地址。
9. 使用“文件” -> “另存为”菜单保存所选配置。
10. 从“文件”菜单选择“生成项目”，生成带有支持固件的新项目。
11. 提示保存项目文件夹时，选择一个空目录或创建一个新目录，点击“确定”。
12. 出现“项目生成成功”消息时，点击“确定”。
13. 关闭TCP/IP配置向导。

6.1.2 编程MCU

1. 从Windows开始菜单启动Silicon Laboratories IDE，也可以双击默认位于“C:SiLabsMCU”目录下的IDE.exe。
2. 启动后，使用“项目” -> “打开项目”菜单命令打开生成的项目，选择TCPIP_Project.wsp并点击“打开”。
3. 如果想查看源代码，双击屏幕左侧项目窗口中的main.c。
4. 选择“项目” -> “工具链集成”，在预设名称下拉菜单中选择Keil预设，出现“保存预设？”对话框时按“否”。
5. 验证编译器和链接器选项卡的可执行文件字段指向C:KeilC51BIN中的C51.exe（编译器）和BL51.exe（链接器）文件。
6. 按下编译器选项卡的“自定义”按钮，在变量位置下拉框中选择“Large: XDATA”，然后按“确定”关闭工具链集成对话框。
7. 构建项目，可以通过点击工具栏中的“构建/生成项目”按钮、选择“项目” -> “构建/生成项目”菜单或按下F7快捷键来完成。
8. 点击工具栏中的“连接”按钮或选择“调试” -> “连接”。如果收到“无法与指定的串行适配器建立通信”错误消息，选择“选项” -> “连接选项”，验证选择了USB调试适配器，并且调试接口设置为JTAG。
9. 点击工具栏中的“下载代码”按钮将项目下载到目标板。
10. 点击工具栏中的“运行”按钮、选择“调试” -> “运行”或按下F5快捷键运行演示。

6.2 阶段2 - 具有DHCP和Netfinder功能的基本Web服务器

6.2.1 生成嵌入式Web服务器固件

1. 启动TCP/IP配置向导。
2. 勾选CP2200。
3. 验证选择了C8051F12x。
4. 确保选择了以太网，然后勾选DHCP、HTTP和NETFINDER，较低级别的协议（TCP和UDP）将自动启用。
5. 保存所选配置。
6. 生成新项目。
7. 选择保存项目的文件夹。
8. 确认项目生成成功。
9. 关闭TCP/IP配置向导。

6.2.2 编程MCU

步骤与阶段1的编程MCU步骤相同。

6.2.3 查找嵌入式系统

1. 打开位于C:SiLabsMCUUtilitiesNetfinder的Netfinder实用程序。
2. 按下“搜索”按钮开始搜索设备。
3. 如果嵌入式系统出现在绿色背景框中，选择该系统并按下“Web浏览器快速启动”按钮。如果出现在黄色背景框中，说明未找到DHCP服务器，直接跳至步骤5。
4. 选择嵌入式系统并按下“Web浏览器快速启动”按钮。
5. 默认Web浏览器应启动并显示嵌入式Web服务器提供的主页。也可以在Web浏览器的地址栏中输入嵌入式Web服务器的IP地址来访问。
6. 如果网络中没有DHCP服务器，嵌入式系统将搜索约35秒后进入静态IP地址模式。此时，Netfinder将在黄色背景窗口中显示设备信息。选择设备并按下“分配IP”按钮。
7. 在“分配IP地址”对话框中输入IP地址、子网掩码和默认网关（如果已知），然后按下“确定”。
8. 关闭“分配IP地址”对话框，按下“搜索”按钮刷新Netfinder屏幕。
9. 选择设备并按下“Web浏览器快速启动”按钮。

6.3 阶段3 - 通过串行端口配置MAC和IP地址

6.3.1 配置目标板跳线以实现UART通信

为了在C8051F120目标板上启用UART通信，需要短接跳线J6和J9。

6.3.2 修改固件以启用串行端口

TCP/IP配置向导生成的简单Web服务器固件不支持通过串行端口配置IP地址，需要修改固件。示例文件夹中的web - server - 3项目演示了如何使用串行端口进行配置。具体步骤如下：

1. 停止MCU运行。
2. 关闭当前打开的项目。
3. 打开web - server - 3项目。
4. 构建项目。
5. 连接到目标板。
6. 下载项目到目标板。
7. 运行演示。

6.3.3 编程IP地址

1. 使用串行电缆将C8051F120目标板的串行端口连接到PC的可用COM端口。如果PC没有COM端口，可以使用USB - to - UART桥（如CP210x评估套件）作为虚拟COM端口。
2. 在PC上打开UART终端，配置为9600波特率、8位数据位、无校验位、1位停止位。
3. 连接后，按下任意键。
4. MCU将提示指定并验证IP地址，输入IP地址后按下任意键，使用“y”或“n”进行确认。
5. 如果编程成功，C8051F120目标板上的绿色LED将停止闪烁，Web服务器将启动。此时可以ping嵌入式Web服务器或从Web浏览器访问它。

6.4 阶段4 - 添加Web服务器内容

6.4.1 修改源HTML内容

1. 在主项目文件夹的VFILE_DIR子目录中，使用文本编辑器（如记事本）打开index.html。
2. 修改HTML源代码，使网页明显不同，例如更改背景颜色或文本。
3. 保存HTML源文件。

6.4.2 使用HTML2C更新文件数组

所有Web服务器内容以文件数组的形式添加到项目中。HTML2C实用程序可以读取任何文件（HTML、图像、可执行二进制文件等）并生成两个文件（original_filename.h和original_filename.c），可以添加到项目中。可以通过拖放、GUI的文件打开命令或使用VFILE_DIR文件夹中的update.bat批处理文件来使用HTML2C。

七、目标板和开发板介绍

7.1 C8051F120目标板

该目标板预装了C8051F120设备，用于评估和软件开发。提供了许多输入/输出（I/O）连接，方便进行原型设计。具体的I/O连接器位置和功能可参考“C8051F12x开发套件用户指南”。

7.2 AB4以太网开发板

该开发板用于将C8051F120（或其他兼容的MCU）目标板连接到以太网网络，使用CP2200以太网控制器。它与多个包含96针连接器的MCU开发板兼容，具体的信号映射可参考文档中的表格。

八、Silicon Laboratories IDE

8.1 系统要求

• 奔腾级主机PC，运行Microsoft® Windows 2000/XP或更高版本。
• 一个可用的USB端口。
• 建议64 MB RAM和40 MB的可用硬盘空间。

8.2 汇编器和链接器

开发套件包含完整版本的Keil A51宏汇编器和BL51银行链接器，在IDE安装过程中安装。完整的汇编器和链接器参考手册（A51.pdf）可以在IDE的帮助菜单或“SiLabsMCUhlp”目录中找到。

8.3 评估C51 C编译器

开发套件包含Keil C51 C编译器的评估版本，在IDE安装过程中安装。评估版本与完整专业版本相同，只是代码大小限制为4 kB，并且不包含浮点库。TCP/IP库的目标代码不计入4 kB代码大小限制。C51编译器参考手册（C51.pdf）可以在IDE的帮助菜单或“SiLabsMCUhlp”目录中找到。

8.4 使用Keil软件8051工具与Silicon Laboratories IDE

使用Silicon Laboratories IDE项目管理器时，Keil 8051工具的默认配置启用了对象扩展、调试记录生成，并使用OMF - 51格式，这是进行源代码级调试所必需的。Silicon Labs IDE还允许通过批处理文件直接从命令行调用Keil 8051工具。具体信息可参考“AN104: Integrating Keil 8051 Tools Into the Silicon Labs IDE”。

九、支持的协议

该套件支持多种协议，包括链路/物理层的以太网（IEEE802.3），互联网层的IP、PING、ARP，传输层的TCP、UDP，应用层的DHCP、BOOTP、FTP、HTTP、SMTP、TFTP、DNS和Netfinder等。

通过以上步骤，开发者可以充分利用Ethernet - DK套件进行嵌入式以太网应用的开发。在实际开发过程中，你是否遇到过一些特殊的问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。