51單片機(jī)RTL8019AS網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序(重要有程序)

1、51單片機(jī)RTL8019AS網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序時(shí)間:2006-09-05來(lái)源：作者：點(diǎn)擊：3863字體大?。骸敬笾行　课业腟NMP網(wǎng)管板使用了RTL8019AS10MISA網(wǎng)卡芯片接入以太網(wǎng)。選它的好處是：NE2000兼容，軟件移植性好；接口簡(jiǎn)單不用轉(zhuǎn)換芯片如PCI-ISA橋；價(jià)格便宜2.1$/片（我的購(gòu)入價(jià)為22元RMB/片）；帶寬充裕（針對(duì)51）;較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)停產(chǎn)。8019有3種配置模式：跳線方式、即插即用P&P方式、串行Flash配置方式。為了節(jié)省成本，我去掉了9346而使用X5045作為閃盤(pán)存儲(chǔ)MAC地址和其他可配置信息。P&P模式用在PC機(jī)中，這里用不上。只剩下跳線配

2、置模式可用，它的電路設(shè)計(jì)參考REALTEK提供的DEMO板圖紙。一天時(shí)間就可以完成，相對(duì)來(lái)說(shuō)硬件設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單。與這部分硬件相對(duì)應(yīng)的軟件是網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)。所謂驅(qū)動(dòng)程序是指一組子程序，它們屏蔽了底層硬件處理細(xì)節(jié)，同時(shí)向上層軟件提供硬件無(wú)關(guān)接口。驅(qū)動(dòng)程序可以寫(xiě)成子程序嵌入到應(yīng)用程序里（如DOS下的I/O端口操作和ISR）,也可以放在動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)里，用到的時(shí)候再動(dòng)態(tài)調(diào)入以便節(jié)省內(nèi)存。在WIN98中，為了使V86、WIN16、WIN32三種模式的應(yīng)用程序共存，提出了虛擬機(jī)的概念，在CPU的配合下，系統(tǒng)工作在保護(hù)模式，OS接管了I/O、中斷、內(nèi)存訪問(wèn)，應(yīng)用程序不能直接訪問(wèn)硬件。這樣提高了系統(tǒng)可靠性和兼容性，也帶來(lái)

3、了軟件編程復(fù)雜的問(wèn)題。任何網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)都要按VXD或WDM模式編寫(xiě)，對(duì)于硬件一側(cè)要處理虛擬機(jī)操作、總線協(xié)議（如ISA、PCI）、即插即用、電源管理；上層軟件一側(cè)要實(shí)現(xiàn)NDIS規(guī)范。因此在WIN98下實(shí)現(xiàn)網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)是一件相當(dāng)復(fù)雜的事情。我這里說(shuō)的驅(qū)動(dòng)程序特指實(shí)模式下的一組硬件芯片驅(qū)動(dòng)子程序。從程序員的角度看，8019工作流程非常簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒁l(fā)送的數(shù)據(jù)包按指定格式寫(xiě)入芯片并啟動(dòng)發(fā)送命令，8019會(huì)自動(dòng)把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換成物理幀格式在物理信道上傳輸。反之,8019收到物理信號(hào)后將其還原成數(shù)據(jù)，按指定格式存放在芯片RAM中以便主機(jī)程序取用。簡(jiǎn)言之就是8019完成數(shù)據(jù)包和電信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換：數(shù)據(jù)包<=

4、>電信號(hào)。以太網(wǎng)協(xié)議由芯片硬件自動(dòng)完成，對(duì)程序員透明。驅(qū)動(dòng)程序有3種功能：芯片初始化、收包、發(fā)包。以太網(wǎng)協(xié)議不止一種，我用的是802.3。它的幀結(jié)構(gòu)如圖1所示。物理信道上的收發(fā)操作均使用這個(gè)幀格式。其中，前導(dǎo)序列、幀起始位、CRC校驗(yàn)由硬件自動(dòng)添加/刪除，與上層軟件無(wú)關(guān)。值得注意的是，收到的數(shù)據(jù)包格式并不是802.3幀的真子集，而是如圖2所示。明顯地，8019自動(dòng)添加了接收狀態(tài)、下一頁(yè)指針、以太網(wǎng)幀長(zhǎng)度（以字節(jié)為單位）三個(gè)數(shù)據(jù)成員（共4字節(jié)）。這些數(shù)據(jù)成員的引入方便了驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了軟硬件互相配合協(xié)同工作的設(shè)計(jì)思路。當(dāng)然，發(fā)送數(shù)據(jù)包的格式是802.3幀的真子集，如圖3所示。前導(dǎo)位F

5、E蟆起始位非目的MM地址附淵1M地址融類型HFE/長(zhǎng)度EEH數(shù)據(jù)域D&TA埴充FAD?？壁鳨21nt2biti&hit<=15皿字節(jié)D虹兒小于能字節(jié)補(bǔ)口32htRPE說(shuō)明：0300IF包；0806ABPfi；的能SHMP包：8137!IPX/SPI小于gOOH值用于ICT能。2幀，表示數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度。DATA說(shuō)明：岫+"+HFE二14字節(jié)+DftTAK514字節(jié)即最大傳輸包長(zhǎng)度仁15MFM）說(shuō)明：最小包長(zhǎng)度不小于6口字節(jié).最小口打A長(zhǎng)度賄節(jié),不修的?種.圖1鰥一3幀結(jié)構(gòu)接收幅|下一頁(yè)指叫以大網(wǎng)幀長(zhǎng)度|目通機(jī)地址皿源眥地址馳|類型TYFEJ長(zhǎng)度間數(shù)據(jù)刷叫婚克網(wǎng)校髻睚斷

6、t8bit16bitOit蠟hit16b】t05W字節(jié)可選Ehit圖工KTL8Q19AS接收包槌構(gòu)目的MM地址岫源MAC地址馳類型TYPE/長(zhǎng)度LEN數(shù)據(jù)威口疝卡埴克FAT16bit<=150。字節(jié)可選圖3RIL8Q”焙發(fā)送包幀轉(zhuǎn)構(gòu)有了收發(fā)包的格式，如何發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包呢？如圖4所示，先將待發(fā)送的數(shù)據(jù)包存入芯片RAM,給出發(fā)送緩沖區(qū)首地址和數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度（寫(xiě)入TPSR、TBCR0,1）,啟動(dòng)發(fā)送命令（CR=0x3E）即可實(shí)現(xiàn)8019發(fā)送功能。8019會(huì)自動(dòng)按以太網(wǎng)協(xié)議完成發(fā)送并將結(jié)果寫(xiě)入狀態(tài)寄存器。如圖5所示，接收緩沖區(qū)構(gòu)成一個(gè)循環(huán)FIFO隊(duì)列，PSTART、PSTOP兩個(gè)寄存器限定了循環(huán)隊(duì)

7、列的開(kāi)始和結(jié)束貢，CURR為寫(xiě)入指針，受芯片控制，BNRY為讀出指針，由主機(jī)程序控制。根據(jù)CURR=BNRY+1?可以判斷是否收到新的數(shù)據(jù)包，新收到的數(shù)據(jù)包按圖2格式存于以CURR指出的地址為首址的RAM中。當(dāng)CURR=BNRY時(shí)芯片停止接收數(shù)據(jù)包。如果做過(guò)FPGA設(shè)計(jì)，用過(guò)VHDL,可以想象到硬件芯片的工作原理。此處，設(shè)計(jì)2個(gè)8bit寄存器和一個(gè)2輸入比較器，當(dāng)收到數(shù)據(jù)包時(shí)，接收狀態(tài)機(jī)根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)和比較器結(jié)果決定下一個(gè)狀態(tài)，如果CURR=BNRY,進(jìn)入停收狀態(tài)；反之,CURR按模增1。8019數(shù)據(jù)手冊(cè)沒(méi)有給出硬件狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)方法，說(shuō)明也很簡(jiǎn)略，往往要通過(guò)作實(shí)驗(yàn)的方法推理出工作過(guò)程。比如，ISR

8、寄存器不只和中斷有關(guān)，當(dāng)接收緩沖溢出時(shí)，如果不清ISR（寫(xiě)入FFH）,芯片將一直停止接收。在流量較大時(shí)溢出經(jīng)常發(fā)生，此時(shí)不滿ISR,就會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)卡芯片死機(jī)。目圖4發(fā)送獴沖區(qū)TFSR發(fā)首址PSTARTFIFO開(kāi)始頁(yè)CURE寫(xiě)頁(yè)指針BHRY讀頁(yè)指針PSTOPF工陽(yáng)停止頁(yè)不關(guān)心圖5接收F1F口獴沖隊(duì)列雙口KSKKD,1應(yīng)端DMA音地址RECRO.1遠(yuǎn)端DM微據(jù)字節(jié)數(shù)1圖6遠(yuǎn)端加嘴作明白了發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包的原理，那么數(shù)據(jù)包又是怎樣被主機(jī)寫(xiě)入芯片RAM和從芯片RAM讀出的呢？如圖6所示，主機(jī)設(shè)置好遠(yuǎn)端DMA開(kāi)始地址(RSAR0,1)和遠(yuǎn)端DMA數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)(RBCR0,1),并在CR中設(shè)置讀/寫(xiě)，就可以從遠(yuǎn)

9、端DMA口寄存器里讀出芯片RAM里的數(shù)據(jù)/把數(shù)據(jù)寫(xiě)入芯片RAM。何謂本地/遠(yuǎn)端DMA呢？如圖7所示，遠(yuǎn)端”指CPU接口側(cè)；本地”指8019的硬件收發(fā)電路側(cè)。沒(méi)有更深的意思，與遠(yuǎn)近無(wú)關(guān)，僅僅為了區(qū)分主機(jī)和芯片硬件兩個(gè)接口端。這里的DMA與平時(shí)所說(shuō)的DMA有點(diǎn)不同。RTL8019AS的localDMA操作是由控制器本身完成的，而其remoteDMA并不是在無(wú)主處理器的參與下，數(shù)據(jù)能自動(dòng)移到主處理器的內(nèi)存中。remoteDMA指主機(jī)CPU給出起址和長(zhǎng)度就可以讀寫(xiě)芯片RAM,每操作一次RAM地址自動(dòng)加1。而普通RAM操作每次要先發(fā)地址再處理數(shù)據(jù)，速度較慢。在一些高檔通信控制器上自帶有MAC控制器，工作

10、原理與8019的差不多，比如：Motorola68360/MPC860T內(nèi)部的CPM帶有以太網(wǎng)處理器，通過(guò)設(shè)置BD表，使軟件和硬件協(xié)同工作，它的緩沖區(qū)更大且可靈活配置。這些通信控制器的設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了軟硬件互相融合協(xié)同工作的趨勢(shì)：軟件硬化(VHDL),硬件軟化(DSP),希望大家關(guān)注！陷皿1RBCRfl,1CRDMJ指示當(dāng)前送端地址如圖7所示，8019以太網(wǎng)控制器以存儲(chǔ)器（16K雙口RAM）為核心，本地和遠(yuǎn)端控制器并發(fā)操作。這種體系結(jié)構(gòu)滿足了數(shù)據(jù)帶寬的需要。8019擁有控制、狀態(tài)、數(shù)據(jù)寄存器，通過(guò)它們，51單片機(jī)可以與8019通信。由于51資源緊張，在實(shí)現(xiàn)TCPIP協(xié)議棧時(shí)不要進(jìn)行內(nèi)存塊拷貝，建議

11、（1）使用全局結(jié)構(gòu)體變量，在內(nèi)存中只保存一個(gè)數(shù)據(jù)包拷貝，其他沒(méi)有來(lái)得及處理的包保存在8019的16KRAM里；（2）使用查詢方式而不用中斷；（3）客戶服務(wù)器模型中服務(wù)器工作于用行方式，并發(fā)模式不適合51單片機(jī)。芯片內(nèi)部地址空間的分配如圖8所示，其中0x00-0x0B（工作于8位DMA模式）用于存放本節(jié)點(diǎn)MAC地址，奇偶地址內(nèi)容是重復(fù)放置的。如：MAC地址000012345678存放在0X00-0X0B中為000000001212343456567878,單地址和雙地址的內(nèi)容是重復(fù)的.一般使用偶數(shù)地址的內(nèi)容，這主要是為了同時(shí)適應(yīng)8位和16位的dma。Prom內(nèi)容是網(wǎng)卡在上電復(fù)位的時(shí)候從93C46

12、里讀出來(lái)的。如果你沒(méi)有使用93C46,就不要使用Prom,那么使用了93C46后如何獲得網(wǎng)卡的地址呢？有兩種方法，一是直接讀93C46,二是讀Promo網(wǎng)卡MAC地址既不由93C46也不由Prom決定，而是由PAR0-PAR5寄存器決定。Prom只保存上電時(shí)從9346中讀出的MAC地址（如果有93C46的話），僅此而矣。D】5DOPROM不使用ooaHOCFFH010DH3FFFH4000HTFFFH800DHC0Q0H同MOOH-TFFFH不便用FFFFH圉8處司口。兼容網(wǎng)卡空間給構(gòu)4T,333231.2423.0制造廠商標(biāo)識(shí)俎播標(biāo)志制造廠商標(biāo)識(shí)系列號(hào)圖9網(wǎng)表地址蛆成結(jié)構(gòu)網(wǎng)卡MAC地址不是隨

13、便定義的，它的組成結(jié)構(gòu)如圖9所示。以太網(wǎng)的地址為48位，由ieee統(tǒng)一分配給網(wǎng)卡制造商，每個(gè)網(wǎng)卡的地址都必須是全球唯一的。共6個(gè)字節(jié)的長(zhǎng)度。FF:FF:FF:FF:FF:FF為廣播地址，只能用在目的地址段，不能作為源地址段。目的地址為廣播地址的數(shù)據(jù)包，可以被一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)的所有網(wǎng)卡接收到。合法的以太網(wǎng)地址第32位組播標(biāo)志必須為0。例如：X0:XX:XX:XX:XX:XXX2:XX:XX:XX:XX:XXX4:XX:XX:XX:XX:XXX6:XX:XX:XX:XX:XXX8:XX:XX:XX:XX:XXXA:XX:XX:XX:XX:XXXC:XX:XX:XX:XX:XXXE:XX:XX:XX:X

14、X:XX為合法以太網(wǎng)地址。上面的X代表0F中的任一個(gè)。地址X1:XX:XX:XX:XX:XXX3:XX:XX:XX:XX:XXX5:XX:XX:XX:XX:XXX7:XX:XX:XX:XX:XXX9:XX:XX:XX:XX:XXXB:XX:XX:XX:XX:XXXD:XX:XX:XX:XX:XXXF:XX:XX:XX:XX:XX為組播地址，只能作為目的地址，不能作為源地址。組播地址可以被支持該組播地址的一組網(wǎng)卡接收到。組播地址主要用在視頻廣播，遠(yuǎn)程喚醒（通過(guò)發(fā)一個(gè)特殊的數(shù)據(jù)包使網(wǎng)卡產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)，啟動(dòng)電腦），游戲（多個(gè)人在局域網(wǎng)里聯(lián)機(jī)打游戲）里等。以下是一些具體的組播地址：地址范圍01:00

15、:5E:00:00:00-01:00:5E:7F:FF:FF用于ip地址的組播，其他組播地址跟tcp/ip無(wú)關(guān)，不做介紹。網(wǎng)卡可以接收以下3種地址的數(shù)據(jù)包：第一種目的地址跟自己的網(wǎng)卡地址是一樣的數(shù)據(jù)包；第二種目的地址為FF:FF:FF:FF:FF:FF廣播地址的數(shù)據(jù)包；第三種目的地址為跟自己的組播地址范圍相同的數(shù)據(jù)包。在以太網(wǎng)的應(yīng)用當(dāng)中，如果你希望你的數(shù)據(jù)包只發(fā)給一個(gè)網(wǎng)卡，目的地址用對(duì)方的網(wǎng)卡地址；如果你想把數(shù)據(jù)包發(fā)給所有的網(wǎng)卡，目的地址用廣播地址；如果你想把數(shù)據(jù)包發(fā)給一組網(wǎng)卡，目的地址用組播地址。其他用到的寄存器：ISR-中斷狀態(tài)寄存器TCR-發(fā)送配置寄存器NCR-包發(fā)送期間碰撞次(如:BN

16、RY05X0x03),打CR-命令寄存器TSR-發(fā)送狀態(tài)寄存器RSR-接收狀態(tài)寄存器RCR-接收配置寄存器DCR-數(shù)據(jù)配置寄存器IMR-中斷屏蔽寄存器數(shù)FIFO-環(huán)回檢測(cè)后，查看FIFO內(nèi)容CNTR0-幀同步錯(cuò)總計(jì)數(shù)器CNTR1-CRC專昔總計(jì)數(shù)器CNTR2-丟包總計(jì)數(shù)器PAR0-5-本節(jié)點(diǎn)MAC地址MAR0-7-多播地址匹配建議：將圖形中寄存器名稱標(biāo)注上頁(yè)號(hào)和地址偏移印出此圖，看圖編程，直觀且不容易出錯(cuò)。備注：收緩沖區(qū)、發(fā)緩沖區(qū)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)在16K雙口RAM里的安排由用戶自行決定，只要不引起沖突即可，以下源程序代碼實(shí)現(xiàn)的只是其中的一種分配方案。部分源程序清單：structethernetun

17、signedcharstatus;接收狀態(tài)unsignedcharnextpage;下一個(gè)頁(yè)unsignedintlength;/以太網(wǎng)長(zhǎng)度，以字節(jié)為單位unsignedintdestnodeid3;目的網(wǎng)卡地址unsignedintsourcenodeid3;/源網(wǎng)卡地址unsignedintprotocal;/T一層協(xié)議unsignedcharpacket1500;/包的內(nèi)容;voidne2000init()/ne2000網(wǎng)卡初始化rtl8019as_rst();reg00=0x21;/選擇頁(yè)0的寄存器，網(wǎng)卡停止運(yùn)行，因?yàn)檫€沒(méi)有初始化delay_ms(10);/延時(shí)10毫秒確保芯片進(jìn)入停止

18、模式/使芯片處于mon和loopback模式，跟外部網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)reg0a=0x00;reg0b=0x00;reg0c=0xE0;/monitormode(nopacketreceive)reg0d=0xE2;/loopbackmode/使用0x40-0x4B為網(wǎng)卡的發(fā)送緩沖區(qū)，共12頁(yè)，剛好可以存儲(chǔ)2個(gè)最大的以太網(wǎng)包。/使用0x4c0x7f為網(wǎng)卡的接收緩沖區(qū)，共52頁(yè)。reg01=0x4C;/Pstart接收緩沖區(qū)范圍reg02=0x80;/Pstopreg03=0x4C;/BNRYreg04=0x40;/TPSR發(fā)送緩沖區(qū)范圍reg07=0xFF;/*清除所有中斷標(biāo)志位*/reg0f=0x00

19、;/IMRdisableallinterruptreg0e=0xC8;/DCRbytedma8位dma方式page(1);/選擇頁(yè)1的寄存器reg07=0x4D;/CURRreg08=0x00;/MAR0reg09=0x41;/MAR1reg0a=0x00;/MAR2reg0b=0x80;/MAR3reg0c=0x00;/MAR4reg0d=0x00;/MAR5reg0e=0x00;/MAR6reg0f=0x00;/MAR7initNIC();/初始化MAC地址和網(wǎng)絡(luò)相關(guān)參數(shù)/將網(wǎng)卡設(shè)置成正常的模式，跟外部網(wǎng)絡(luò)連接page(0);reg0c=0xCC;/RCRreg0d=0xE0;/TCRre

20、g00=0x22;/這時(shí)讓芯片開(kāi)始工作？reg07=0xFF;/清除所有中斷標(biāo)志位voidsend_packet(unionnetcard*txdnet,unsignedintlength)/ne2000發(fā)包子程序/發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包的命令，長(zhǎng)度最小為60字節(jié)，最大1514字節(jié)需要發(fā)送的數(shù)據(jù)包要先存放在txdnet緩沖區(qū)unsignedchari;unsignedintii;page(0);if(length<60)length="60"for(i=0;i<3;i+)txdnet->etherframe.sourcenodeidi=my_ethernet_ad

21、dress.wordsi;txd_buffer_select=!txd_buffer_select;if(txd_buffer_select)reg09=0x40;/txdwritehighaddresselsereg09=0x46;reg08=0x00;/readreg0b=length>>8;reg0a=length&0xFF;reg00=0x12;/write/txdwritehighaddresspageaddresslow/readcounthigh/readcountlow;dma,page0for(ii=4;ii<length+4;ii+)reg10=t

22、xdnet->bytes.bytebufii;for(i=0;i<6;i+)最多重發(fā)6次for(ii=0;ii<1000;ii+)/檢查txp為是否為低if(reg00&0x04)=0)break;if(reg04&0x01)!=0)break;/表示發(fā)送成功reg00=0x3E;if(txd_buffer_select)reg04=0x40;/txdpacketstart;elsereg04=0x46;/txdpacketstart;reg06=length>>8;/highbytecounterreg05=length&0xFF;/lo

23、wbytecounterreg00=0x3E;/tosendpacket;bitrecv_packet(unionnetcard*rxdnet)/ne2000收包子程序unsignedchari;unsignedintii;unsignedcharbnry,curr;reg07=0xFF;bnry="reg03"page(1)；/bnrypagehaveread讀頁(yè)指針curr="reg07"/currwritepoint8019寫(xiě)頁(yè)指針page(0);if(curr=0)return0;/讀的過(guò)程出錯(cuò)bnry="bnry"+;if(

24、bnry>0x7F)bnry="0x4C"if(bnry!=curr)/此時(shí)表示有新的數(shù)據(jù)包在緩沖區(qū)里/讀取一包的前18個(gè)字節(jié):4字節(jié)的8019頭部,6字節(jié)目的地址，6字節(jié)原地址,2字節(jié)協(xié)議/在任何操作都最好返回page0page(0);reg09=bnry;reg08=0x00;reg0b=0x00;reg0a=18;reg00=0x0A;/readpageaddresshigh/readpageaddresslow/readcounthigh/readcountlow;/readdmafor(i=0;i<18;i+)rxdnet->bytes.bytebufi=reg10;i="rxdnet-">bytes.bytebuf3;/將長(zhǎng)度字段的高低字節(jié)掉轉(zhuǎn)rxdnet->bytes.bytebuf3=rxdnet->bytes.bytebuf2;rxdnet->bytes.bytebuf2=i;rxdnet->etherframe.length=rxdnet->etherframe.length-4;/去掉4個(gè)字節(jié)的CRC/表示讀入的數(shù)據(jù)包有效if(rxdnet->bytes.bytebuf0&0x01)=0)|(rxdnet-&g