網(wǎng)絡控制器DM9000A在嵌入式系統(tǒng)中的應用

1、網(wǎng)絡控制器dm9000a在嵌入式系統(tǒng)中的應用時間：2008-08-15 10:38:00來源:電子產(chǎn)品世界作者：賈東耀廣州聚暉電子公司彭樹林新太科技股 份有限公司目前，網(wǎng)絡技術(shù)在電了產(chǎn)品中的應用越來越廣，更多的嵌入式設備需要提供網(wǎng)絡接口， 以方便與外部互聯(lián)通訊。現(xiàn)在流行的大多數(shù)嵌入式cpu（如arm、ppc）都捉供了此類接口， 但對于一些相對復雜的嵌入式系統(tǒng)來說，可能需要擴展以太網(wǎng)口，以滿足網(wǎng)絡通訊需要。木 文介紹一種新款網(wǎng)絡接口芯片dm9000a,它可以很方便的實現(xiàn)與嵌入式cpu的接口，實 現(xiàn)擴展以太網(wǎng)口的功能。dm9000adm9000a是中國臺灣davicom公司推出的一款高速以太網(wǎng)接口

2、芯片，其基本特征 是：集成10/100m物理層接口；內(nèi)部帶有16k字節(jié)sram用作接收發(fā)送的fifo緩存；支 持8/16bit兩種主機工作模式；通過hp認證的auto-mdix（支持直接互連自動翻轉(zhuǎn)）功能; 支持tcp/ip加速（ipv4 check sum offload）減輕cpu負擔,提高整機效能；10ns i/o讀寫 時間。dm9000a以太網(wǎng)控制器遵循ieee頒布的802.3以a網(wǎng)傳輸協(xié)議。該電路還集成/ eeprom接口，自舉時通過eeprom接口輸入到芯片中，從而實現(xiàn)自動初始化。硬件接口設計dm9000a可以很方便的與目詢主流的嵌入式cpu以8位或16位的總線方式連接， 本文設計

3、的系統(tǒng)cpu為at91rm9200,它是一個采用arm核的32位微處理器。二者的 接口設計如圖lodm9000aat91rm9200sdodo1rsd15d15cs«mcs3iow«nweior*nobresetnresetcida2i mtpd8eedio"t"dido10k93c46skeecscs圖1 dm9000a與at9irm9200硬件連接系統(tǒng)上電時，at91rm9200通過總線配置dm9000a內(nèi)部網(wǎng)絡控制寄存器（ncr）、 中斷寄存器（isr）等，完成dm9000a的初始化。隨后，dm9000a進入數(shù)據(jù)收發(fā)等待狀態(tài)。 當at91rm920

4、0向以太網(wǎng)發(fā)送數(shù)據(jù)時，先將數(shù)據(jù)打包成udp或ip數(shù)據(jù)包，并通過16 bit 總線發(fā)送到dm9000a的數(shù)據(jù)發(fā)送緩存中，然后將數(shù)據(jù)長度等信息填充到dm9000a的和應 寄存器內(nèi)，使能發(fā)送。當dm9000a接收到外部網(wǎng)絡送來的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)時，首先檢測數(shù)據(jù)幀 的合法性，如果幀頭標志冇誤或存在crc校驗錯誤，則將該幀數(shù)據(jù)丟棄。否則將數(shù)據(jù)幀緩 存到內(nèi)部ram,并通過中斷標志位通知at91rm9200,由at91rm9200對dm9000a接 收到的數(shù)據(jù)進行處理。linux驅(qū)動實現(xiàn)linux網(wǎng)絡驅(qū)動體系結(jié)構(gòu)在linux操作系統(tǒng)屮的設備駁動，根據(jù)各類外圍i/o設備的不同，分為三類，即字符設 備（如鍵盤、lcd

5、）驅(qū)動、塊設備（如破盤、cf卡）驅(qū)動和網(wǎng)絡設備（如網(wǎng)卡）驅(qū)動。linux 網(wǎng)絡設備驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)上由四部分組成（圖2）：網(wǎng)絡協(xié)議接口，網(wǎng)絡設備接口，設備駁動功 能層及網(wǎng)絡設備介質(zhì)。圖2 linux網(wǎng)絡驅(qū)動體系結(jié)構(gòu)設計開發(fā)linux網(wǎng)絡驅(qū)動程序時，最主耍的工作就是完成設備驅(qū)動功能層。類似于對 字符設備和塊設備的處理，為了屏蔽網(wǎng)絡環(huán)境中物理網(wǎng)絡設備的多樣性，linux利川面向?qū)?彖的思想對所有的網(wǎng)絡物理設備進行抽彖，定義了一個統(tǒng)一的接口。對于所有網(wǎng)絡碩件的訪 問都是通過接口進行的，接口向用戶提供了一個對于所冇類型的網(wǎng)絡帔件一致化的操作集 合。linux內(nèi)核提供的統(tǒng)一網(wǎng)絡設備結(jié)構(gòu)為net_device

6、,此結(jié)構(gòu)體位于網(wǎng)絡驅(qū)動層的核心地 位。net_device中冇很多供系訪問和協(xié)議層調(diào)用的設備方法，其中包括：dev->open：打開設備。open方法應當注冊網(wǎng)絡設備需耍的任何系統(tǒng)資源（i/o 口， irq, dma等），打開破件，進行設備要求的其他設置。devstop：停止設備。該函數(shù)應當恢復在打開時進行的操作。 dev->hard_start_xmit：發(fā)送報文。 dev->tx_timeout：發(fā)送超時調(diào)用的方法，它應當處理這個問題并恢復報文發(fā)送。 dev->set_mac_address：修改網(wǎng)絡的%更件mac地址。網(wǎng)絡驅(qū)動就是要實現(xiàn)這些具體的設備方法。設備初始

7、化網(wǎng)絡的初始化是設備工作的第一步。當系統(tǒng)加載網(wǎng)絡驅(qū)動模塊的時候，就會調(diào)用初始化 過程。首先利川函數(shù)request_mem_region映射dm9000a的數(shù)據(jù)、地址端口，通過 dmfe_probe函數(shù)檢測網(wǎng)絡物理設備是否存在，檢測dm9000a內(nèi)部串行nic的值是否正 確，然后再對設備進行資源配置，構(gòu)造設備的net_device數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。包括一些低層硬件拮 息:base_addr(網(wǎng)絡接口的i/o基地址),irq(安排的中斷號)等。打開設備和關(guān)閉設備open方法在網(wǎng)絡設備被激活的吋被調(diào)用，具體dm9000a的破件初始化工作放到這里 來做。對于dm9000a需要完成的初始化包括：對dm9000a

8、內(nèi)部上電，軟件復位，通過 ncr寄存器設置網(wǎng)絡工作模式,可以選擇設置內(nèi)部或者外部phy、全雙工或者半雙工模式、 使能喚醒事件等網(wǎng)絡操作，對rx/tx中斷使能，使能數(shù)據(jù)接收功能。調(diào)用request_irq() 申請中斷號登記中斷處理函數(shù)，調(diào)用netif_cairicr_on偵測連接狀態(tài)。啟動定吋器，調(diào)用ne(if_stail_queuc激活設備發(fā)送隊列。這里對dm9000a的中斷設計做了一個特殊處理：通常at91rm9200提供最多32個 中斷源，默認提供7個外部中斷源，但對于較復雜的嵌入式系統(tǒng)，可能會而臨中斷源不夠用 的情況。山于at91rm9200的pio可以實現(xiàn)功能復用，因此可以把多余的i

9、o引腳配置為 可用的中斷源。故本系統(tǒng)中，設計dm9000a中斷源與at91rm9200外部i/o 口 pd8引 腳相連。一個pio端口的32個引腳共享一個中斷id,只需要在中斷狀態(tài)寄存器中區(qū)分具 體哪個引腳引起中斷，然后轉(zhuǎn)向特定的中斷處理函數(shù)執(zhí)行操作，就可以實現(xiàn)中斷處理。close所做的ii作和open相反，主要釋放open獲得的資源，以減少系統(tǒng)負擔。數(shù)據(jù)包發(fā)送數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收是實現(xiàn)linux網(wǎng)絡驅(qū)動程序中兩個最關(guān)鍵的過程，對這兩個過程 處理的好壞將直接影響到驅(qū)動程序的整體運行質(zhì)量。數(shù)據(jù)傳輸通過hard_s(an_xmit函數(shù)實現(xiàn)，首先把存放在套接字緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)發(fā)送到 網(wǎng)絡芯片dm9000

10、a內(nèi)部的tx fifo sram中，該緩沖區(qū)是由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)sk_buff表示，把 耍傳送的數(shù)據(jù)長度寫入dm9000a中的傳輸包長度寄存器txpll和txplh中。然后使能 傳輸。如果數(shù)據(jù)發(fā)送成功，則會觸發(fā)一次中斷。實際中會出現(xiàn)多個數(shù)據(jù)幀傳輸，需?？紤]做并發(fā)處理。在發(fā)送時檢測傳輸隊例暫時滿載 時就耍通過netif_stop_queue來暫停，當發(fā)送完成觸發(fā)中斷處理時，調(diào)用netif_wake_qucue 函數(shù)來重新啟動傳輸隊例。網(wǎng)絡傳輸由于系統(tǒng)忙或碩件的問題發(fā)生延遲，則會調(diào)用傳送超時處理函數(shù)tx.timeout, 對碩件復位操作。數(shù)據(jù)包接收數(shù)據(jù)包的接收是通過中斷處理，當有數(shù)據(jù)到達時，就產(chǎn)生中斷信號

11、，網(wǎng)絡設備驅(qū)動功能 層就調(diào)用數(shù)據(jù)包接收程序來處理數(shù)據(jù)包的接收，然后網(wǎng)絡協(xié)議接口層調(diào)用netif_rx函數(shù)把 接收到的數(shù)據(jù)包傳輸?shù)骄W(wǎng)絡協(xié)議的上層進行處理。dm9000a接收緩存區(qū)中的每幀數(shù)據(jù)由4字節(jié)長的首部、有效數(shù)據(jù)和crc校驗序列構(gòu) 成。首部4字節(jié)依次是01h、以太網(wǎng)幀狀態(tài)、以太網(wǎng)幀長度低字節(jié)和長度高字節(jié)，數(shù)據(jù)包 接收程序首先檢測如果第一個字節(jié)是01h,則說明有數(shù)據(jù)；如來是00h,則說明無數(shù)據(jù)， 需要進行-復位。然后調(diào)用函數(shù)dev_alloc_skb屮請塊sk_buff結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)，從dm9000a 讀出數(shù)據(jù)放置到緩沖區(qū)里，根據(jù)獲収的長度信息，判斷是否讀完一幀。如果讀完，接著讀下 幀，直到遇到首字節(jié)是00h的幀，說明接收數(shù)據(jù)己讀完。接下來填充sk_buff中的一些 信息，使之成為規(guī)范的sk_buff結(jié)構(gòu)，最后調(diào)用netif_rx()w數(shù)將接收到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡 協(xié)議的上層。結(jié)語該設計成功用于某網(wǎng)絡測試設備的主控模塊上，可以通過以a網(wǎng)接入internet,從而實 現(xiàn)從internet上監(jiān)控嵌入式設備。參考文獻：1. davicom corporation,dm9000a application notes vi.20, 20052. lessandro rubini,jonathan