No artigo anterior (MIC066), na primeira parte deste artigo em que descrevemos a montagem de um Modem usando o microprocessador MSP430 da Texas, demos informações básicas sobre os protocolos usados para a transmissão de mensagens através da Internet. Continuando, nesta parte final, analisaremos o circuito usado para esta finalidade, tendo por base o CS8900A um controlador de ethernet da Crystal Semicondutor e o microcontrolador de potência ultrabaixa da Texas Instruments MSP430. Mais informacões sobre este projeto podem ser obtidas na documentação em inglês SLAA137 disponível no site da Texas em www.ti.com. (2002)
Descrição do Hardware
Os dois componentes principais usados na placa de demonstração da Texas Instruments são o microcontrolador MSP430F149 e o CS8900A, controlador ethernet da Crystal ™ Semiconductor Corporation.
O MSP430F149 usado tem 60 kB de memória flash e 2 kB de RAM. Esta capacidade permite o armazenamento e transferência de páginas da WEB. Ele também possui 8 portas I/O que podem ser usadas, não apenas para interfacear o controlador LAN, mas também para uso do projeto em sí.
O CS8900A é um controlador de ethernet LAN de baixo custo otimizado para computadores com industrial-standard-archtecture (ISA). Esta arquitetura o torna ideal para aplicações em que se exije pequeno número de componentes externos.
A possibilidade de se obter este controlador na versão de 3 V é um ponto importante no interfaceamento com o MSP430.
Na figura 1 temos o diagrama de blocos para o hardware deste projeto.
Interfaceamento Para o Controlador LAN
Um ponto de destaque, bastante interessante neste projeto, é a conexão entre o controlador LAN (IC2) e a MCU (IC1). O CS8900A pode operar de três modos diferentes: espaço I/O, espaço de memória e como um DMA escravo. Todos estes modos têm suas vantagens e desvantagens.
Para este projeto, a operação no espaço I/O foi a melhor escolha. Este é o modo "default" e está sempre habilitado.
O fato mais importante de todos é que é possível usar um barramento de dados de 8 bits de largura. Este barramento é ligado à porta geral I/O (porta 5) do MSP430.
No modo I/O o CS8900A é acessado através de 8 portas I/O de 16 bits que são mapeadas em 16 registros. Para acessá-las, um barramento de endereço é de 4 bits de largura é usado.
Apenas duas linhas de controle são usadas, IOR e IOW. Estes sinais estão ativos no nível baixo e indicam quando existe um acesso para gravação ou leitura em progresso.
A interface inteira é implementada usando apenas 14 sinais elétricos. Todos os pinos não usados do CS8900A são colocados nos níveis apropriados para se obter o modo operacionais e configurar o barramento de interface.
Por exemplo, depois de cada reset, o CS8900A responde ao endereço "default" de I/O 0x300. As linhas de endereço que não mudaram quando acessando este endereço de I/O são ligadas por hardware ao 0x300.
Depois de aplicar um endereço válido de I/O no barramento de endereço e acionar uma das linhas de controla (IOR ou IOW), colocando-as no nível baixo, a transferência de dados através do barramento de dados ocorre.
Descrição do Circuito
Um cristal de 20 MHz é ligado entre os pinos 97 e 98 (XTAL1 e XTAL2) do CS8900. Devido a capacitância interna própria do cristal, não há necessidade de capacitores externos. O sinal de power-on reset é gerado pela combinação R/C de R9 e C17.
O controlador LAN, se outro que o MSP430 precisa de um sinal de reset ativo no nível alto. O controlador de ethernet tem pinos diferentes de saída para controlar LEDs. O pino 100 (LANLED) vai ao nível baixo quando o CS8900A transmite ou recebe um bloco de sinais e é ligado a um LED vermelho (D1). Um LED amarelo (D2) ligado ao pino 999 (LINKLED) é acionado se pulsos 10Base-T de ligação forem detectados. O mesmo circuito, assim como a interface de barramento mostrados, podem ser implementado diretamente na placa de circuito que contenha a aplicação específica do projeto.
O circuito em torno do MSP430F149 contém a conecção descrita ao controlador de LAN assim como a interface JTAG, um cristal oscilador e um circuito de reset. A interface JTAG é projetada para finalidades de debug e programação. Ela pode ser usada para conecção direta da ferramenta de emulação do MSP430 flash. Todos os sinais exigidos (por exemplo TCK, TDI, TODO/TDI, TMS) são disponíveis na fronte de 14 pinos (X6).
Uma interface RS232 pode ser adicionada, se necessário, por exemplo, para estabelecer uma conexão Internet SLIP ou PPP, depois de alterações correspondentes no software. Pode ser usado o MAX3221 da TI para isso. Este setor opera com uma fonte de alimentação simples de 3,3 V e precisa apenas de quatro capacitores externos de 100 nF.
Este setor tem um receptor de linha serial e um transmissor de linha serial e recursos de baixo consumo que a tornam muito interessante para este tipo de tarefa.
Para se obter a máxima performance do microcontrolador, ele é controlado por um cristal de 8 MHz. Dois capacitores de 15 pF são usados para conectar os pinos do oscilador à terra.
O circuito pode ser alimentado por uma fonte apropriada de 3,3 V ligada ao pino X3. O LED D4 (verde) indica quando o módulo está sendo alimentado corretamente.
Os pinos não usados do microcontrolador, assim como os potenciais de alimentação são ligados aos pinos X3 e X4. Eles podem ser usados para efeito de expansão, para elaborar ou ligar circuitos de aplicação.
Quando projetando a placa de circuito impresso para o circuito, certifique-se de que a fonte proporciona alimentação adequada para o MSP430 assim como para o CS8900A, utilizando capacitores de desacoplamento colocados os mais próximos quanto possível desses chips e usando trilhas de cobre curtas. Para melhor roteamento e para evitar problemas de EMI recomenda-se o uso de uma placa de quatro camadas.
Na figura 2 temos a placa de circuito impresso usada como protótipo para este servidor de Web.
O diagrama completo é mostrado na figura 3.
Conexão À Rede
O CS8900A possui um transceptor 10Base-T integrado. Ele contém todos os circuitos analógicos e digitais necessários à implementação de uma interface LAN pelo simples uso de um transformador de isolamento (IND1). Componentes similares podem substituir este componente, mas atenção deve ser tomada com a relação entre espiras entre o enrolamento primário e secundário. Para operação com 3,3 V esta relação deve ser de 1:2,5 para as linhas de transmissão e de 1:1 para as linhas de recepção,
O resistor R1 é usado como terminação para as linhas de transmissão e os resistores R2 e R3, em série com as linhas de transmissão são usados para o casamento de impedâncias. Os capacitores do lado NA do transformador de isolamento (C24 e C25) podem ser retirados se um conector RJ45 blindado for usado. Neste caso, o sinal GNDA deve ser conectado à blindagem.
Um cabo padrão RJ45 pode ser usado para conectar o módulo tanto a um hub de 10 Mbps como 100 Mbps. Um hub de 100 Mbps comuta automaticamente baixando sua velocidade para 10 Mbps quando ele detecta que o CS8900A está operando nesta velocidade.
Software
O software é totalmente escrito em linguagem C, o que facilita a interação com outros sistemas que usam microcontroladores. O código é separado em diferentes módulos e sua listagem pode ser baixada a partir do site da Texas Instruments
A compatibilidade na comunicação com outros TCPs é muito boa, sendo dada a seguir uma tabela com os sistemas operacionais que podem trocar dados através do TCP/IP.
Tabela:
| Sistema Computador/CPU | Sistema Operacional, Pilha TCP/IT |
| PC/Athlon/1 GHz | Windows 2000 |
| PC/Athlon/ 1 GHz | Linux, kernel v 2.2.16 |
| PC/Pentium/233 MHz | Windows 98 |
| PC/486DX2/ 66 MHz | Windows 95 |
| Apple Macintosh/68030/50 MHz | System 7.5, Open Transport 1.1.2 |
| AT Amiga/68030/50 MHz | Kickstart 3.0, Miami 2.1 |
| Cassiopeia/ MIPS/150 MHz | Windows CE 3.0 |
As principais limitações nas especificações do protocolo descrito são:
• Só é possível uma seção TCP/IP de cada vez
• Não há remontagem de frames IP que chegam fragmentados
• Não há buferização de segmentos TCP que sejam enviados fora de ordem
• Não há checagem de paridade para os dados que chegam
• Não há suporte para o IP type-of-service (TOS) e opções de segurança
• Ignora qualquer opção TCP
Lista de Material
C1 - 560 pF (SMT 0805)
C2, C3, C6, C13, C14, C15, C16, C17, C18, C19, C20, C21, C22 - 100 nF (SMT 0805)
C4, C5 - 15 pF (SMT 0805)
C24, C25 - 4 700 pF/ 2 kV (4m7)
D1 - LED vermelho, 3 mm, 2 mA (rt)
D2 - LED amarelo, 3 mm, 2 mA (ge)
D3 - LED verde, 3 mm, 2 mA (gn)
IC1 - MSP430F149 (QFP-64)
IC2 - Controlador de Ethernet ISA CS8900A-IQ3 (Crystal Semiconductor) (TQFP-100)
IND1 - E2023 - Transformador (Pulse Engineering) (SQ-16L)
Q1 - 20 MHz - cristal (HC-49)
Q2 - 8 MHz - cristal (HC-49)
R1 - 100 ohms (SMT 0805)
R2, R3 - 8,2 ohms (SMT 0805)
R4 - 4,7 k ohms (4k7) (SMT 0805)
R5 - 4,99 k ohms x 1% (4k99) (SMT 0805)
R6, R7, R10 - 560 ohms (SMT 0805)
R8, R9 - 100 k ohms (SMT 0805)
X2 - Conector LAN RJ45
X3, X4 - Conector de 26 pinos
X6 - Conector de 14 pinos
