Komunikacja między urządzeniami coraz częściej jest realizowana za pośrednictwem Ethernetu. Wynika to nie tylko z faktu, że technologia ta stwarza możliwość niemal nieograniczonego łączenia ze sobą terminali, bez względu na dzielącą je odległość, ale przyczynia się do tego również bogata oferta na podzespoły pozwalające implementować interfejsy praktycznie w każdym urządzeniu.

Ethernet długo pozostawał poza zasięgiem wielu mniejszych producentów, ze względu na konieczność stosowania specjalnych układów interfejsowych oraz obsługę zawiłych protokołów. Od pewnego czasu firmy oferują specjalizowane układy wraz z odpowiednim wsparciem software’owym, umożliwiające implementację interfejsu ethernetowego nawet w konstrukcjach amatorskich. Przykładem jest produkowany przez STMicroelectronics układ ST802RT1 – ethernetowy interfejs warstwy fizycznej (PHY) obsługujący standardy 100Base-TX/FX i 10 Base-T. Opracowany dla niego zestaw ewaluacyjny STEVAL-PCC010V1 stwarza możliwość szybkiego zapoznania się z samym układem oraz tajnikami obsługi transmisji ethernetowej, bez konieczności ponoszenia wysokich kosztów. Zestaw składa się z dwóch płytek (fot. 1).

Fot. 1. Płytka ewaluacyjna z zainstalowanym komputerem na STM32

Pierwsza to bazowa płytka demonstracyjna PCC010V1, zawierająca transceiver ST802RT1 TX Fast Ethernet wraz z niezbędnymi do pracy blokami pomocniczymi, takimi jak: zasilacz napięcia 3,3 V, rezonator kwarcowy 25 MHz, zworki konfiguracyjne i gniazda rozszerzające. 12 zworek określa konfigurację boot-strap (adres MII, auto-negotiation, loopback, power-down, MII/RMII). Przewód ethernetowy jest dołączany do typowego gniazda RJ45 z wbudowanym transformatorem. Z kolei 40-pinowe gniazdo kompatybilne z Spirent Communications SmartBits 200/2000 jest przeznaczone do dołączania specjalistycznego sprzętu służącego do testowania połączeń sieciowych. Sama płytka STEVAL-PCC010V1 jest mało przydatna bez dodatkowego modułu zawierającego mikrokontroler z oprogramowaniem wykorzystującym interfejs ethernetowy. W zestawie znajduje się moduł, w którym zastosowano mikrokontroler STM32F107. Obie płytki są łączone za pośrednictwem 20-pinowego złącza szpilkowego. Płytka mikrokontrolera pełni ponadto istotną funkcję przekazywania zasilania z portu USB. Do pracy wymagane jest więc połączenie zestawu z komputerem kablem ethernetowym oraz kablem USB. Na płytce mikrokontrolera umieszczono niezależny stabilizator napięcia 3,3 V. Dla użytkowników planujących samodzielne modyfikowanie oprogramowania mikrokontrolera duże znaczenie ma gniazdo interfejsu JTAG, również znajdujące się na płytce mikrokontrolera. W wersji oprogramowania opracowanego przez producenta użytkownik może zapalać i gasić dwie diody LED, sterując nimi przez przeglądarkę internetową. Na pewno dla sporej części użytkowników będzie to zbyt proste ćwiczenie, i wielu z nich będzie chciało przeprowadzić bardziej złożone eksperymenty. Jest to możliwe, gdyż na płytce wyprowadzono wyjścia portów mikrokontrolera na dodatkowe 20-pinowe gniazdo. Trzeba jednak pamiętać, że zestaw został zaprojektowany głównie w celu przedstawienia cech i możliwości interfejsu ethernetowego ST802RT1 TX. Między innymi dlatego umieszczono gniazdo pozwalające dołączać specjalistyczne przyrządy testowe. Możliwy jest również pomiar mocy zużywanej przez układ.
Przed rozpoczęciem prób konieczne jest odpowiednie skonfigurowanie komputera, do którego będzie dołączona płytka PCC010V1. Należy więc zainstalować na nim przeglądarkę internetową i ustawić adres IP zgodnie z zaleceniami podanymi w instrukcji. Ważne jest również wyłączenie zapór fire wall, gdyż mogą one uniemożliwić pracę zestawu. Czynności te zajmują krótką chwilę, po której płytka jest gotowa do prób. Jeśli wszystko przebiegło pomyślnie, po wywołaniu strony o podanym w instrukcji adresie komputer powinien skomunikować się z płytką, w wyniku czego w przeglądarce powinna ukazać się strona internetowa zapisana w pamięci mikrokontrolera (rys. 2).

Rys. 2. Demonstracyjna strona internetowa wyświetlana w oknie przeglądarki

Jej treścią jest krótka prezentacja 32-bitowych mikrokontrolerów z rdzeniem Cortex-M3, należących do rodziny STM32, produkowanych przez STMicroelectronics. Jest też krótki opis układu ST802RT1 TX. Poniżej opisów znajdują się przyciski ekranowe służące do sterowania diodami świecącymi, a także do podglądania rejestrów układu ST802RT1 TX. Stany wybranych rejestrów stanowią odzwierciedlenie zworek znajdujących się na płytce bazowej. Innym sposobem sprawdzenia komunikacji z płytką jest często stosowana w praktyce komenda ping wywoływana z linii poleceń. Liczne zworki widoczne na płytce bazowej pełnią funkcję opcji bootstrapowych. Poprzez nie podawane są odpowiednie stany na wybrane wejścia układu ST802RT1 TX, co jest wykorzystywane do ustawienia odpowiedniego trybu pracy interfejsu po zerowaniu systemu lub po włączeniu zasilania. Może to być na przykład zezwolenie lub blokowanie autonegocjacji. Jeśli opcja ta jest włączona, układ ST802RT1 TX automatycznie ustawia takie parametry jak: prędkość, typ PHY, half duplex lub full duplex, po czym przechodzi w tryb połączenia (link). Jeśli autonegocjacja jest zablokowana, prędkość jest ustawiana na podstawie innych sygnałów wejściowych, również ustawianych za pomocą zworek. Następnie układ albo wchodzi w tryb link, albo pozostaje w stanie rozłączenia, w zależności od tego czy PHY „po drugiej stronie” odpowiada prawidłowo. Na podobnej zasadzie odbywa się konfiguracja adresu PHY MII, uaktywniany jest stan power-down lub zapętlane są wewnętrznie dane wyjściowe z wejściowymi (opcja Loopback), ustawiany jest tryb MII/RMII. Na płytce znajduje się ponadto przycisk zerowania PHY. Jego naciśnięcie wymusza inicjalizację interfejsu, którego stan jest sygnalizowany kilkoma diodami świecącymi.

Rys. 3. Schemat blokowy układu ST802RT1 TX

Układ ST802RT1 TX pozwala budować interfejs ethernetowy nie zajmujący na płytce drukowanej więcej miejsca niż interfejsy USB czy RS232. Jego schemat blokowy przedstawiono na rys. 3. Układ ten jest produkowany w 48-nóżkowej obudowie TQFP (7×7 mm) oraz TFBGA (5×5 mm) o takiej samej liczbie wyprowadzeń. Jest zasilany napięciem 3,3 V i może pracować w przemysłowym zakresie temperatur.