摘 要: 介紹了Realtek公司生產(chǎn)的具有PCI接口的以太網(wǎng)控制芯片RTL8139的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和主要寄存器,提出了利用PCI網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)DSP與RTL8139接口的解決方案,并給出了相應(yīng)的硬件和軟件設(shè)計,。
關(guān)鍵詞: PCI總線 RTL8139芯片 DSP 嵌入式
基于DSP的嵌入式系統(tǒng)的以太網(wǎng)接口設(shè)計一直是熱門領(lǐng)域,目前利用的以太網(wǎng)控制器大多都是ISA接口,。隨著PCI總線逐漸取代ISA總線的趨勢,使PCI接口的以太網(wǎng)控制器也成為PC機的主流,但在嵌入式領(lǐng)域中PCI總線的應(yīng)用目前并不多見。本文將介紹利用Realtek公司生產(chǎn)的具有PCI接口的以太網(wǎng)控制芯片RTL8139實現(xiàn)RTL8139與DSP接口的方案,。
1 RTL8139
RTL8139是帶PCI接口的10M/100M自適應(yīng)網(wǎng)卡控制芯片,它提供32位PCI總線控制,支持IEEE802.3u 100Base-T和IEEE802.3x的全雙工流量控制;符合PCI 2.2標準,支持高級配置和電源接口(ACPI)和PCI對現(xiàn)代操作系統(tǒng)的電源管理(即對操作系統(tǒng)的直接電源管理),以提高電源管理的效率。此外,RTL8139還支持128KB的Boot ROM,提供網(wǎng)絡(luò)喚醒和遠程喚醒功能;含有2個2KB的收發(fā)FIFO;能夠降低網(wǎng)絡(luò)維護成本,消除使用障礙,而且可以很方便地使網(wǎng)絡(luò)由10M升級到100M,且?guī)捒梢赃_到200Mbps,。RTL8139內(nèi)部MAC層結(jié)構(gòu)如圖1所示,。
1.1 RTL8139的PCI接口
PCI總線分為主(Master)、從(Target)二種類型,Master可以控制PCI總線,Target不能控制PCI總線,。標準的主設(shè)備至少有49條線與PCI總線相連;從設(shè)備至少有47條線與PCI總線相連,。RTL8139所提供的PCI接口有51條引腳,其引腳簡介如下。
(1)地址/數(shù)據(jù)信號
AD31～0:地址,、數(shù)據(jù)多路復(fù)用的輸入/輸出信號,在FRAMEB有效時,是地址期;在IRDYB和TRDYB同時有效時為數(shù)據(jù)期,。
C/BE3～0:總線命令和字節(jié)使能多路復(fù)用信號,負責傳輸總線命令。在數(shù)據(jù)期,由傳輸字節(jié)使能信號來表示數(shù)據(jù)線上哪些字節(jié)是有效數(shù)據(jù),。
(2)接口控制信號
FRAMEB:幀周期信號,表示訪問的開始和持續(xù)時間,。
IRDYB、TRDYB:分別表示主,、從設(shè)備準備好信號,二者必須配合使用,同時有效時方能進行數(shù)據(jù)傳輸,。
STOPB:目標設(shè)備請求停止數(shù)據(jù)傳輸信號,。
IDSEL:初始化設(shè)備選擇信號,在參數(shù)配置讀寫傳輸期間,用作片選信號。
DEVSELB:設(shè)備選擇信號,。
(3)仲裁信號
REQB:總線占用請求信號,表示RTL8139申請總線控制權(quán),。
GNTB:總線占用允許信號,表示總線控制權(quán)已經(jīng)交給RTL8139。
主設(shè)備都必須有以上2種信號,。
(4)錯誤報告信號
PERRB:數(shù)據(jù)奇偶校驗錯誤信號,。
SERRB:系統(tǒng)錯誤信號。
(5)其他信號
CLK:時鐘信號,最高可達33MHz,。
CLKRUNB:時鐘運行信號,這是RTL8139增設(shè)的信號,用來請求時鐘開始和表示時鐘狀態(tài),。
RSTB:復(fù)位信號,低電平有效,至少需要120ns的寬度。
INTAB:中斷請求信號,它需要與RTL8139的ISR和IMR寄存器配合使用,。
在嵌入式系統(tǒng)中并不需要連接所有的引腳,可根據(jù)系統(tǒng)的實際需要進行選擇,。
1.2 主要寄存器
RTL8139的寄存器映射到I/O空間,I/O空間有256個地址,地址偏移量為00H～FFH。下面介紹幾個比較重要的寄存器,。
(1)Command Register
該寄存器地址偏移量為0037H,功能為軟復(fù)位網(wǎng)卡,使能網(wǎng)卡的發(fā)送和接收,。其描述如表1所示。
(2)Interrupt Status Register
該寄存器地址偏移量為3EH～3FH,在INTA引腳有效時表示中斷源,與IMR寄存器配合使用,它的值影響當前所有中斷,。其描述如表2所示,。
(3)Receive Status Register
該寄存器通常可以從數(shù)據(jù)包的包頭中讀出,是RTL8139芯片特有的,。通過它可以知道網(wǎng)卡收包的狀態(tài)以便進行接收處理,。其描述如表3所示。
2 系統(tǒng)設(shè)計方案
根據(jù)RTL8139的以上特點,作者設(shè)計了RTL8139與DSP之間的接口解決方案,。目前DSP與PCI的接口一般有二種方案:(1)用CPLD來實現(xiàn),。優(yōu)點是可以進行功能優(yōu)化,不必實現(xiàn)所有PCI協(xié)議的功能,節(jié)約系統(tǒng)資源。占用系統(tǒng)資源大的用戶可以做成ASIC,有利于降低成本,。但由于PCI協(xié)議的復(fù)雜性,短期內(nèi)還難以做到操作穩(wěn)定,。(2)用專門的PCI橋芯片。PCI芯片功能強大,可減少開發(fā)時間和成本并能獲得較好的傳輸特性,。目前市場上有許多PCI橋芯片產(chǎn)品,最為常見的是AMCC,、PLX、CYPRESS等公司的產(chǎn)品,作者選用PLX公司的PCI9054作為本系統(tǒng)的PCI接口芯片,。DSP與PCI接口設(shè)計方案如圖2所示,。
DSP選用TI公司的TMS320VC5402,它的運算速度達100MIps,硬件接口功能強大(具有串行口、HPI主機接口和DMA控制器等),而且價格低廉,具有很高的性價比,。接口的硬件連接如圖3所示,。
圖3中,DSP通過PCI9054來讀寫PCI內(nèi)存,地址空間由PCI的基地址開始。PCI9054作為DSP的從設(shè)備和RTL8139的主設(shè)備,。當PCI寫時,接收寫信號,返回ready信號直到寫FIFO滿為止,并保持ready信號到寫FIFO可用,。當PCI9054從RTL8139讀出數(shù)據(jù)時將保持ready信號,直到BALST信號(表示PCI總線上的最后傳輸)有效,讀周期被終止,沒有讀出的數(shù)據(jù)將被FIFO舍棄,。
要使嵌入式DSP系統(tǒng)要獨立運行,必須外接EPROM或Flash存儲器用于存放程序。與EPROM相比,Flash芯片功耗低,支持在工作電壓下的擦寫,可以方便地編寫自己的Flash芯片燒錄程序,通過在片方式完成對Flash芯片的寫操作,。本設(shè)計采用的是SST公司生產(chǎn)的SST39VF400A,它是一款基于CMOS技術(shù)的高性能,、多用途的Flash存儲芯片,其存儲容量達4Mb,功耗低,使用2.7～3.3V單電源供電。為了方便程序的調(diào)試,外接了1片64K×16b的SRAM,以用于存放發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù),以便于對比,及時地發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性,。邏輯控制部分主要用于主處理器對外設(shè)(如PCI橋芯片,、網(wǎng)絡(luò)適配芯片、SRAM及Flash等)的讀寫控制及地址分配,。
3 軟件設(shè)計
軟件設(shè)計主要分為PCI網(wǎng)橋和網(wǎng)絡(luò)接口二部分,。PCI網(wǎng)橋部分主要是對PCI9054進行初始化,即對它的PCI端配置寄存器和本地端配置寄存器進行正確的編程配置,以實現(xiàn)DSP與PCI網(wǎng)卡的無縫連接。網(wǎng)絡(luò)接口部分的編程包括對RTL8139進行復(fù)位初始化,數(shù)據(jù)包的接收和發(fā)送,。
RTL8139已經(jīng)實現(xiàn)了OSI中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能,只需再加上高層協(xié)議即可,。作為一個嵌入式系統(tǒng),為了節(jié)省系統(tǒng)資源,需要盡量使用簡化的協(xié)議。因此IP地址和本機物理地址在初始化RTL8139時設(shè)定,采用本地管理的地址方式,上層協(xié)議進行了簡化,沒有封裝復(fù)雜的TCP協(xié)議,。
簡化的網(wǎng)卡初始化程序如下:
#define CMD_RST 0x10 //復(fù)位標志
#define CMD_RE 0x08 //接收使能
#define CMD_TE 0x04 //發(fā)送使能
#define SUCCESS 0xFF //網(wǎng)卡初始化成功標志
Reset_init_rtl8139()
{
CMD=0x10;//軟復(fù)位網(wǎng)卡
while((read_cmd & CMD_RST)==0) read_cmd=CMD;
//檢查網(wǎng)卡是否復(fù)位完成
write_mac_ip(); //設(shè)定網(wǎng)卡的MAC地址和IP地址
CMD=CMD_RE | CMD_TE; //接收發(fā)送使能
set_RxConfig(); //接收配置
set_TxConfig(); //發(fā)送配置
init_rx_addr(); //初始化接收緩沖區(qū)地址
Rxmissed=0; //clear 0
CMD=CMD_RE | CMD_TE;
return SUCCESS;
}
程序中:CMD為RTL8139的Command寄存器,通過它來對芯片復(fù)位并檢查復(fù)位成功與否;write_mac_ip()是向IDR0~IDR5寫入MAC地址,設(shè)定IP地址;set_RxConfig()主要是對Receive Configuration Register進行設(shè)置,。此外,網(wǎng)卡初始化程序設(shè)定只接收物理地址匹配的包,不接收組播和廣播。
RTL8139接收緩沖區(qū)的大小可選,并設(shè)定為16KB,。初始化過程中根據(jù)DSP的快慢還需要加一些延時,這一點非常重要,。因為許多寄存器的設(shè)置都需要時間,若時間不夠,某些寄存器的值可能會設(shè)置不正確,從而導(dǎo)致初始化失敗,RTL8139的收發(fā)功能也會受到影響。
RTL8139數(shù)據(jù)的收發(fā)用中斷方式完成,。當主處理器要向網(wǎng)上發(fā)送數(shù)據(jù)時,先將1幀數(shù)據(jù)通過DMA通道送到控制器的發(fā)送緩沖區(qū),然后發(fā)出傳送命令,RTL8139按照PCI總線主模式將數(shù)據(jù)從發(fā)送緩沖區(qū)轉(zhuǎn)移到內(nèi)部發(fā)送FIFO中,。當FIFO中數(shù)據(jù)包完整時,RTL8139即開始包發(fā)送?？刂破髟跀?shù)據(jù)發(fā)送完成后通過中斷方式通知主處理器;接收數(shù)據(jù)時,網(wǎng)上來的數(shù)據(jù)包首先被放在接收FIFO中,同時RTL8139要進行組播地址過濾,。當接收FIFO中數(shù)據(jù)包已達到接收配置寄存器的要求時,RTL8139請求PCI總線按照PCI主模式將數(shù)據(jù)傳到接收緩沖區(qū),接收滿1幀后,同樣以中斷方式通知主處理器。數(shù)據(jù)的收發(fā)是通過 DMA通道來完成的,。中斷子程序流程圖如圖4所示。
數(shù)據(jù)包的封裝按照IEEE802.3協(xié)議,、IP協(xié)議和UDP協(xié)議,其幀格式如圖5所示,。
封裝的過程依次在源數(shù)據(jù)前加上UDP頭、IP頭和LLC頭,。LLC頭即通常所說的以太網(wǎng)包頭,但也可以根據(jù)自己的需要加上其他協(xié)議如TCP,、ARP或HTTP。不過在嵌入式系統(tǒng)中,為了節(jié)省資源,應(yīng)盡量減少協(xié)議的使用,。在分組語音數(shù)據(jù)傳輸中,實時語音數(shù)據(jù)可以用UDP,而控制信號可以用TCP,。
4 結(jié)束語
本文所提出的DSP與RTL8139的接口解決方案已在試驗中得到實現(xiàn),并已用于IP分組語音數(shù)據(jù)的以太網(wǎng)傳輸,效果良好。隨著ISA總線的淘汰,PCI接口的網(wǎng)絡(luò)控制器必將在嵌入式領(lǐng)域中得到更廣泛的應(yīng)用,。
參考文獻
1 Realtek Semi conductor Corp.RTL8139C Specification.2002
2 彭啟琮.TMS320C54x實用教程.北京:電子工業(yè)出版社,1999
3 張雄偉,曹鐵勇.DSP芯片的原理與開發(fā)應(yīng)用.北京:電子工業(yè)出版社,2000
4 Texas Instrument.TMS320VC54x DSP Reference Set.1999