基于S3C44B0X的嵌入式以太網接口設計
互聯網
摘要： 在互聯網絡和局域網絡飛速發(fā)展的今天，計算機進行網絡互聯的同時,，各種家電設備,、儀器儀表,、工業(yè)生產中的數據采集和控制正在走向網絡化,。
Abstract：
Key words :
在互聯網絡和局域網絡飛速發(fā)展的今天,，計算機進行網絡互聯的同時,，各種家電設備,、儀器儀表,、工
業(yè)生產中的數據采集和控制正在走向網絡化。
以太網(Ethemet)由于它的普遍性及低廉的接口價格,，因而已經作為一種最通用的網絡,，廣泛應用于生產和生活中。另一方面,，嵌入式設備在價格,、體積及實時性等方面是通用計算機無法比擬的，也已廣泛應用于自動化控制,、數據采集,、通信網絡等領域。因此,，嵌入式以太網技術有著廣闊的前景,，首先要解決的問題就是嵌入式以太網接口問題。
本文基于最常用的嵌入式處理器S3C44B0X和以太網驅動器RTL8019AS來設計了一款嵌入式以太網接口。本設計的特點是,，既可僅用于嵌入式以太網驅動設備,，方便簡單，又可進行擴展其他模塊,，必要時可以移植操作系統(tǒng),，應用于其他復雜領域。本文從RTL8019AS的內部結構工作原理出發(fā),，介紹了基于 S3C44B0X的硬件接口電路,，詳細說明了基于硬件層的驅動程序C語言的設計。
1以太網幀結構
一個標準的以太網物理傳輸幀由7部分組成：PR(同步位),、SD(分隔位),、DA(目的地址)、SA(源地址位),、TYPE(類型字段),、DATA(數據段)、FCS(幀校驗),。
其傳輸幀結構(及各部分長度)如圖1所示,。
除了數據段的長度不定外，其他部分的長度固定不變,。數據段為46～1500字節(jié),。以太網規(guī)定整個傳輸包的最大長度不能超過1514字節(jié)(14字節(jié)為DA、 SA,、TYPE),，最小不能小于60字節(jié)。需填充時,，填充字符的個數不包括在長度字段中,；超過1 500字節(jié)時，需拆成多個幀傳送,。事實上,，發(fā)送數據時，PR,、SD,、FCS及填充字段這幾個數據段由以太網控制器自動產生；而接收數據時,，PR,、SD被跳過，控制器一旦檢測到有效的前序字段(即PR,、SD),，就認為接收數據開始,。
2芯片簡介
S3C44B0X是三星公司使用ARM7TDMI核生產的16／32位RISC(精簡指令集計算機)處理器，它提供了豐富的內置模塊,，包括：8 kB Cache和內部SRAM,，LCD(液晶顯示器)控制器，2通道的UART,，4通道的DMA(直接存儲器存取),，存儲器管理，帶PWM(脈寬調制)的定時器,，I／O口,，8通道10位的A／D轉換器，IIC,、IIS總線,，同步SIO接口和PLL(鎖相環(huán))倍頻器，可根據需要進行接口擴展,，并且價格低廉,，目前已被廣泛應用于嵌入式領域中。
RTL8019AS是在嵌入式領域應用廣泛且性價比很高的網絡控制芯片,。RTL8019AS的主要性能有：符號EthernetⅡ與IEEE 802.3(10Base5,、10Base2、10BaseT)標準,；全雙工,，收發(fā)可同時達到10 Mbit／s的速率；內置16 kB的SRAM,，用于收發(fā)緩沖,，降低對主處理器的速度要求；支持8／16位數據總線,，8個中斷申請線以及16個I／O基地址選擇,；支持UTP,、AUI,、 BNC自動檢測，還支持對10BaseT拓撲結構的自動極性修正,；允許4個診斷LED引腳可編程輸出,。
RTL8019AS可分為以下幾部分功能模塊：
a)遠程DMA接口：處理器與RTL8019AS收發(fā)緩沖的連接通道，處理器只需對遠程DMA操作,。
b)本地DMA接口：RTL8019AS與網線的連接通道,，完成控制器與網線的數據交換。
c)MAC(介質訪問控制)邏輯：完成對遠程DMA和本地DMA數據包傳輸,、中斷的產生等自動控制,。
d)地址識別邏輯：將接收到的數據幀中的目的地址和地址寄存器中的地址進行比較,，判斷其是否為發(fā)到本地的幀。
e)CRC(循環(huán)冗余校驗)產生校驗邏輯：在發(fā)送數據時,，產生CRC碼,，對接收幀進行CRC。
f)協議PCA：負責實施以太網規(guī)范,。
RTL8019AS內部有16kB SRAM,，分為64頁，256字節(jié)／頁,，組成環(huán)形隊列作為收發(fā)緩沖區(qū),，只能按頁操作，頁地址從0x4000～0x7FFF,?？梢酝ㄟ^相關的寄存器讀寫操作，可以對緩沖區(qū)進行設置及狀態(tài)的讀取,。由于接收緩沖區(qū)是按頁即256 B來操作的,，與緩沖區(qū)地址有關的寄存器中只需存儲緩沖區(qū)的高16位地址即可。在本設計中,，將前32頁(0x400～0x5fff)作為接收緩沖區(qū),，將后 32頁(0x6000～0x7ff)作為發(fā)送緩沖區(qū)。
RTL8019AS具有32位輸入輸出地址,，地址偏移量為00H～1FH,。其中，00H～0FH共16個地址為寄存器地址,。遠程DMA地址包括 10H～17H,，都可以用來做遠程DMA端口，只要用其中的一個就可以了,。復位端口包括18H～1FH共8個地址,，功能相同，用于RTL8019AS復位,。RTL8019AS的內部I／O基址是00H,，但微處理器要訪問8019的地址卻不是00H，該地址是由處理器與網絡控制器的連線決定的,。
RTL8019AS寄存器分為4頁,，即PAGE0～PAGE3，每一頁的地址偏移量均為0x00～0x1f由RTL8019AS的CR(命令寄存器)中的 PS1,、PS0位來決定要訪問的頁,，每一頁中的寄存器由SA0～SA3尋址。第0頁和第1頁的寄存器很重要,，用于數據收發(fā)的控制和中斷管理等,，使用前必須對其進行配置,。第2頁和第3頁只用于診斷和其他一些配置，很少使用,。
3設計思路
首先,，S3C44B0X通過RTL8019AS的I／O口，對其相關寄存器進行配置,。在通信時,，S3C44B0X與RTL8019AS的收發(fā)緩存器的數據交換由遠程DMA控制，而RTL81019AS收發(fā)緩存器與以太網總線之間的數據交換由它的本地DMA控制,。RTL8019AS通過中斷的方式通知 S3C44B0X數據收發(fā)的結果和狀態(tài),，S3C44B0X通過查詢中斷狀態(tài)寄存器的值，作出相應處理,。
系統(tǒng)結構如圖2所示,。
4接口電路設計
接口電路如圖3所示。
S3C 44B0X的nOE,、nWE分別與RTL8019AS的IORB,、IOWB相連，控制數據的讀和寫操作,，低電平有效,。RTL8019使用中斷0，對應S3C4480的外部中斷1,。
RTL8019AS RTL8019AS有3種工作方式：
a)跳線方式：I／O和中斷由跳線決定,；
b)即插即用方式(PNP)：由軟件進行自動配置，使用這種方法時,，系統(tǒng)的啟動程序必須包含支持PNP的函數,；
c)免跳線方式：I／O和中斷由外接的EEPROM93C46中的內容決定。
b)即插即用方式(PNP)：由軟件進行自動配置，使用這種方法時,，系統(tǒng)的啟動程序必須包含支持PNP的函數,；
c)免跳線方式：I／O和中斷由外接的EEPROM93C46中的內容決定。
在本設計中,，為了降低啟動程序和接口電路的復雜性,，選擇跳線方式，故JP接高電平,。
X1,、X2分別為20 MHz晶振的輸入輸出端。LED0～2分別連接3個發(fā)光二極管,，指示網絡連接,、數據傳輸和發(fā)送的情況,。 20F001為網卡濾波器,，內部包含一對低通濾波器和一對隔離變壓器，其輸出TX+／-,、RX+／- 與RJ45的信號口相連
由于在本設計中RTL8019AS的AEN與S3C44B0X的nGCS2相連,，所以對應S3C44B0X的存儲器的起始地址0x0600-0000,；并且，由于RTL8019AS的IOS0～IOS3接地,，在跳線模式下,，當IOS0～IOS1為0000時，RTL8019AS的基址為0300H,。因此,，在本設計中，S3C44B0X訪問RTL8019AS的基址就是0x0600-0300,。
5驅動程序設計
5.1程序設計思路
在本設計方案中,，驅動程序主要包含3個函數，即系統(tǒng)的初始化函數,、接收數據包函數,、發(fā)送數據包函數。初始化部分完成RTL8019AS在使用之前的初始化工作,，包括設置相關工作模式的寄存器,、分配和初始化接收和發(fā)送緩沖區(qū)、初始化網卡接收地址等,。
MAR0-MAR7-多點地址寄存器：這8個寄存器的值是根據多播地址數組的值生成的,，提供對多播地址的過濾，過濾掉一些不屬于自己接收多播數據包,。
這里均設為FFH,，接所有多播地址的數據包：
下面6條語句設置MAC地址，寄存器為PAR0～PAR5：實際地址寄存器,，這些寄存用來對目標地址數據包進行比較,，以確定接收或者拒絕接收。地址放在數組add[6]中,。
5.2數據的傳輸和發(fā)送
數據的傳輸和發(fā)送由本地DMA傳輸和與遠程DMA傳輸兩部分完成,，前者大部分工作由RTL8019AS自動完成，我們要做的是設置收發(fā)緩沖區(qū)的大小及指針變量,，這些工作在RTL8019AS的初始化時已完成,，因此只需要編寫遠程DMA讀寫函數。對遠端DAM口的讀寫,，不同的只是數據傳輸方向,，這里，僅以讀操作為例,，即編寫從RTL8019AS接收緩沖區(qū)取數據包到S3C4480X,。(注意：遠程DMA的寫函數，即向RTL8019AS發(fā)送緩沖區(qū)寫數據函數 --send_data()省略,。)
5.3以太網接口通信函數流程
這里采用中斷和查詢相結合的方式來決定是否發(fā)送和接收數據,。當RTL8019AS的ISR(中斷狀態(tài)寄存器)的任意一中斷位置位時,，S3C4B0X都要對其進行中斷相應(在這里只關注第0中斷位和第1中斷位，即分別反映RTL8019AS已正確接收到數據和已成功發(fā)送數據包,，因此在初始化函數中將其他位屏蔽),。這時要對ISR進行訪問，來判斷是何種中斷,，進而作出相應的響應,，如圖4所示。
6結束語
本設計經過軟硬件的調試,，并已成功地進行以太網數據傳輸,。由于S3C4480X出眾的性價比及豐富的外圍接口，通過擴展本設計可以應用到嵌入式儀器儀表,、工業(yè)數據采集網絡,、嵌入式網絡控制等許多領域。
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