嵌入式系統(tǒng)的以太網(wǎng)接口設(shè)計及l(fā)inux驅(qū)動
1 以太網(wǎng)概述
以太網(wǎng)(Ethernet)是當(dāng)今局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。在以太網(wǎng)中，所有計算機(jī)被連接在一條電纜上，采用帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問(CSMA／CD)方法，采用競爭機(jī)制和總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)�；旧希蕴W(wǎng)由共享傳輸媒體，如雙絞線電纜或同軸電纜、多端口集線器、網(wǎng)橋或交換機(jī)構(gòu)成。
按照OSI(Open System Interconnection Reference Model，開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型)7層參考模型，以太網(wǎng)定義的是物理層(PHY)和數(shù)據(jù)鏈路層(對應(yīng)以太網(wǎng)的MAC層)的標(biāo)準(zhǔn)。
2 嵌入式處理器上擴(kuò)展以太網(wǎng)接口
以太網(wǎng)接口控制器主要包括MAC乘PHY兩部分，如圖1所示為嵌入式處理器集成MAC層控制器。
MAC層控制器和PHY的連接是通過MII、RMII等接口實現(xiàn)的。在IEEE802的標(biāo)準(zhǔn)系列中，數(shù)據(jù)鏈路層包括LLC和MAC兩個子層。其中MAC負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)幀的封裝、解封、發(fā)送和接受功能。PHY層的結(jié)構(gòu)隨著傳輸速率的不同而有一定的差異。對于1OBaseT等網(wǎng)絡(luò)，從以太網(wǎng)PHY芯片輸出的就是傳輸所需的差分信號。但是還需要一個網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器組成圖2的結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器可起到抑制共模干擾、隔離線路以及阻抗匹配等作用。
本文介紹一種新款網(wǎng)絡(luò)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(kuò)展以太網(wǎng)口的功能。DM9000A是中國臺灣DAVICOM公司推出的一款高速以太網(wǎng)接口芯片，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(jī)工作模式：通過HP認(rèn)證的AUTO-Mdix(支持直接互連自動翻轉(zhuǎn))功能；支持TCP／IP加速，減輕CPU負(fù)擔(dān)，提高整機(jī)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以太網(wǎng)傳輸協(xié)議。該電路還集成了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。
芯片和處理器的連接原理圖就不列圖表示了，處理器這里選擇AT91RM9200，DM9000A與處理器連接時要注意：
◆總線寬度讀／寫等待周期、時序匹配問題
◆CS8900A芯片復(fù)位后，在總線上的默認(rèn)地址如何配置與保存
◆默認(rèn)的中斷號及中斷觸發(fā)模式問題(上升沿，還是下降沿；低電平，還是高電平觸發(fā))
系統(tǒng)上電時，AT91RM9200通過總線配置DM9000A內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)控制寄存器(NCR)、中斷寄存器(ISR)等，完成DM9000A的初始化。隨后，DM9000A進(jìn)入數(shù)據(jù)收發(fā)等待狀態(tài)。當(dāng)AT91RM9200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的相應(yīng)寄存器內(nèi)，使能發(fā)送。當(dāng)DM9000A接收到外部網(wǎng)絡(luò)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(biāo)志有誤或存在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(biāo)志位通知AT91RM9200，由AT91RM9200對DM9000A接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
3 linux網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序
3．1 Linux網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序體系結(jié)構(gòu)
Linux的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要是基于BSD UNIX的套接字(socket)機(jī)制。在系統(tǒng)和驅(qū)動程序之間定義有專門的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(sk_buff)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)支持對發(fā)送數(shù)據(jù)緩存，提供流量控制機(jī)制，提供對多協(xié)議的支持。Linux網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序的體系結(jié)構(gòu)可劃分為圖2所示的4個層次．Linux內(nèi)核中提供了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口及以上層次的代碼，所以移植(或編寫)特定網(wǎng)絡(luò)硬件的驅(qū)動程序最主要的工作就是完成設(shè)備驅(qū)動功能層，主要是包括數(shù)據(jù)的接收，發(fā)送等控制。
Linux中所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都抽象為一個接口，有結(jié)構(gòu)體struct net_device來表示網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在內(nèi)核中的運行情況，即網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口，此結(jié)構(gòu)體位于網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動層的核心地位。net_device中有很多供系訪問和協(xié)議層調(diào)用的設(shè)備方法。網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動就是要實現(xiàn)這些具體的設(shè)備方法。
3．2 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的初始化
