基于以太网协议的XPC目标与DSP间的通信
2022-06-08
罗 奇 余永元 龙 航 张晓航
（贵州大学电气工程学院，贵州 贵阳 550025）
【摘 要】DSP 28335的网卡芯片RTL8019AS是高度集成的以太网控制器，符合IEEE802.3标准，可以通过网络接口同时发送和接收数据。本文主要是基于以太网TCP/IP协议实现xPC目标与DSP间的全双工通信以及通信的可靠性。在Simulink中搭建以太网发送/接收模型，通过编译下载到xPC目标机运行。xPC目标机对传输数据进行封装并打包通过以太网发送给DSP，DSP接收xPC的数据包进行解包还原然后反馈给xPC目标进行比较。实验结果显示基于以太网能够实现快速xPC目标与DSP的通信。
教育期刊网 http://www.jyqkw.com
关键词 全双工通信；xPC目标 ；Simulink建模；以太网数据包
作者简介：罗奇（1990—），男，湖南衡阳人，硕士研究生，主要研究方向为电能质量变换与功率变换技术。
余永元（1988—），男，河南信阳人，硕士研究生，主要研究方向为电能质量变换与功率变换技术。
龙航（1987—），男，贵州贵阳人，硕士研究生，主要研究方向为电能质量变换与功率变换技术。
张晓航（1990—），男，河南洛阳人，硕士研究生，主要研究方向为电力电子在电力系统中的应用。
0 引言
xPC目标[1]是一个实时的内核系统，是由Mathworks公司基于RTW框架体系提供和发行的产品。该系统采用32位保护模式运行在目标机上，用于产品的原型开发和测试。支持多种类型的I/O设备，用户只需安装相关软件和编译器就可将一个PC兼容机作为xPC目标实时系统。
以太网具有灵活性高、传输速度快，满足全双工通信，易于实现。采用载波多路访问和冲突检测(CSMA/CD)机制，数据传输速率快，适合于传输TCP/IP数据，xPC目标通过连接以太网与宿主机通信。本文用到的RTL8019AS芯片是高度集成以太网控制器，它可以方便的的解答即插即用NE2000兼容适配器。基于以太网的xPC目标能够方便的实现DSP的通信。xPC目标与DSP通信系统如图1所示。
1 xPC目标及其网卡配置
1.1 xPC目标
xPC目标采用双机模式，即宿主机（上位机）控制目标机（下位机）的技术途径，其中，宿主机搭建Simulink模型，通过编译下载到目标机执行控制器代码。xPC目标要实现宿主机与目标机之间的通信，可以通过以太网连接或者串口线连接来实现
xPC目标的功能强大，操作简单，用户可以很方便实现对实时系统的快速原型化、测试和配置功能[2]。
（1）普通配置的PC机都可以作为目标机嵌入xPC实时系统，在此系统中实时运行Simulink和RTW通过编译生成的应用程序。
（2）具有丰富的I/O设备驱动模块库，支持多种CAN总线。
（3）宿主机和目标机通信通过RS232串口或者以太网TCP/IP协议实现。
（4）MATLAB应用程序界面采用客户/服务模式，提供了九十多种函数用于宿主机对目标机的控制。
（5）可以在程序运行时从宿主机或者目标机上动态调参。
（6）在宿主机和目标机上都可以进行交互式的数据可视化和信号跟踪。
（7）支持Microsoft Visual C/C++ 5.0以上版本的开发工具。
1.2 xPC目标机网卡配置
本文中，宿主机和目标机之间的通信，目标机与DSP之间的通信，都是通过连接以太网来实现。因此xPC目标机需要配备两块以太网卡，一片用于xPC目标跟宿主机通信，另一片用于xPC跟DSP间的通信。
xPC目标机跟宿主机之间的通信可以选择普通的网卡，市场最常见的10M/100M网卡都可以满足要求。在Matlab命令窗口输入-xpcexplr命令，调出宿主机与xPC目标通信连接界面。首先设置宿主机和xPC目标机的通信类型是基于以太网TCP/IP协议。然后设置xPC目标的IP地址和端口号，这里要注意目标机的IP要和宿主机的IP处于同一网段，例如xPC的IP可以设成192.168.1.9，那么宿主机的IP要设成192.168.1.X。如果不是同一网段，宿主机和目标机就不能连通。设置好参数之后就可以点击连接，如果绿灯亮，则表示可以宿主机可以编译和下载程序到目标机。
用于跟DSP通信的网卡则需要选择Intel 8255X系列和Intel Gigabit系列的网卡，可以教育期刊网 http://www.jyqkw.com
参考文献[3]。图2是在Matlab/Simulink搭建的基于TCP/IP协议的发送/接收模型：
模型参数设置
1）利用以太网卡初始化模块进行初始化设置，这其中包括网卡的总线数目，PCI插槽的序号，发送数据网卡的MAC地址。
2）设置创建以太网数据包模块中的MAC地址，这里是DSP的MAC，类型设为’0800’表示创建的是基于TCP/IP协议数据包。
3）连接宿主机和xPC目标机，成功之后点击编译，模型下载到xPC目标机，在xPC 目标机输入-start ，开始发送数据包。
2 DSP实现通信
DSP28335的以太网连接芯片选用由台湾Realtek公司生产的基于ISA总线的10Mbps以太网控制器芯片RTL8019AS，该芯片实现以太网媒介访问层（MAC）和物理层（PHY）的功能[4]，其中包括MAC数据帧的收发、地址识别、CRC校验、曼彻斯特编码解码等功能。
2.1 DSP配置MAC和IP地址
在接收数据之前需要配置DSP 的MAC和IP地址，以及xPC目标发送数据包的网卡IP地址。这一部分的实现需要在程序中进行配置，部分程序如下所示：
……
extern Uint16 RxSuccessFlag;//接收成功标志
extern Uint16
RxEthnetFrameBuffer[1518/2];//接收以太网数据帧缓冲区范围
extern Uint16
RxEthnetFrameBuffer[1518/2];
发送以太网数据帧缓冲区范围
const Uint16 MyMAC[]
{0xE002,0xA04C,0x7A7E};//设置DSP的MAC地址
const Uint16 MyIP[]
{0xA8C0,0x0B01};//设置DSP的IP地址
const Uint16 RemoteIP[]
{0xA8C0,0x2801};//设置xPC目标IP地址
……
2.2 DSP实现TCP/IP协议通信
DSP初始化寄存器和网络芯片RTL8019AS , 并且开启中断.当有网络数据到达时,DSP 采用中断方式读取以太网数据并进行分析。 xPC发送过来的数据是用TCP/IP协议封装好的标准以太网帧，DSP收到的数据首先存储在RTL8019AS的缓存中，然后调用接收数据帧函数将数据读入DSP。读数据包之前，可以通过读BNRY指针和CURR指针[5]来判断是否接收到数据包，BNRY=CURR说明没有数据包接收，当两个指针变量有差值时说明有数据包收到。
完成xPC目标和DSP配置后，先启动xPC目标机，然后启动DSP。就可以在xPC 目标机上观测xPC目标发送的信号和接收来自DSP反馈回来的信号。具体波形如图3所示：
3 结束语
本文基于以太网TCP/IP协议实现了xPC目标与DSP的全双工通信，xPC目标通过以太网卡给DSP发送数据，DSP正常接收数据并反馈给xPC接收，实验所得结果满足期望，两个信号之间的延时延时小，丢包率低，同时也验证了基于以太网TCP/IP协议通信的可靠性。
教育期刊网 http://www.jyqkw.com
参考文献
［１］杨涤,等.系统实时仿真开发环境与应用[M].北京:清华大学出版社,2002.
［2］陶建峰,朱野,等.xPC目标及其API函数在实时控制软件开发中的应用[J].上中国航空学会控制与应用第十二届学术年会论文集,2000.
［３］xPC TargetTMI_O Reference Guide[M].The Math works Inc,2003.
［４］张颖,张长利.基于DSP的具有以太网接口的嵌入式系统设计[J].煤矿机械,2005.
［５］肖守邦,等.DSP以太网通信接口设计[J].中国高新技术企业,2008.
［责任编辑：汤静］