基于VxWorks的網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計

VxWorks操作系統(tǒng)以其高度的可靠性、優(yōu)秀的實時性、靈活的可裁減性等優(yōu)勢在嵌入式系統(tǒng)中備受關(guān)注，廣泛應(yīng)用于許多行業(yè)；而隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合已成必然。VxWorks是最早在其內(nèi)核中加入TCP／IP協(xié)議的嵌入式實時操作系統(tǒng)。如何設(shè)計基于VxWorks的網(wǎng)絡(luò)接口，是擺在嵌入式開發(fā)人員面前的首要課題。本設(shè)計以三星公司的ARM7(S3C44B0)為核心CPU，開發(fā)了VxWorks下的網(wǎng)絡(luò)接口，包括硬件設(shè)計和軟件實現(xiàn)兩個部分。

1 硬件設(shè)計
核心CPU采用三星公司的S3C4480。S3C4480采用ARM7TDMI內(nèi)核，它通過提供全面的、通用的片上外設(shè)，大大減少了系統(tǒng)電路除處理器以外的元器件配置，降低了系統(tǒng)成本。
網(wǎng)絡(luò)接口芯片采用Realtek公司生產(chǎn)的RTL8019AS。它是一款高度集成的以太網(wǎng)控制器，不僅集成了MAC(介質(zhì)訪問控制)子層和物理層的性能，而且與NE200O兼容，具有軟件可移植性強以及價格低廉等優(yōu)點。
S3C4480與RTL8019AS的硬件接口原理如圖l所示。從圖1中可以看出，RTL8019AS的使能端連到S3C44B0的nGCS3，因此它的地址映射在系統(tǒng)的Bank3上，基地址為Ox06000000。RTL8019AS支持8位／16位數(shù)據(jù)總線，在本電路中采用16位方式。

RTL8019AS共有32個輸入／輸出地址，對應(yīng)地址偏移量為Ox00～Oxlf?，F(xiàn)分別說明如下：
①Ox00～OxOf的16個地址，為寄存器地址。
②0xlO～0x17的8個地址，為數(shù)據(jù)讀寫端口地址。它們都是一樣的，每個都可以用來做數(shù)據(jù)讀寫端口，只要用其中一個就可以了。
③Oxl8～0xlf的8個地址，為復(fù)位端口。它們的功能都是一樣的。但需要注意，實際上只有0x18、0xla、Oxk、Oxle這幾個復(fù)位端口是有效的，其他不要使用；因為有些兼容卡不支持0x19、0xlb、0xld等奇數(shù)地址的復(fù)位。
在軟件設(shè)計時，尤其要注意以下兩點：
①RTL8019As的地址線從SAO～SA4依次連到S3Cd480的ADDRl～ADDR5上，因此，RTL8019的寄存器地址要左移1位。
②RTL8019AS使用EXINTl中斷，且上升沿觸發(fā)。

2 軟件實現(xiàn)
2．1 VxWorks的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧和MUX接口
VxWorks中的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧叫作“SENS(Scalable En-hanced Network Stack)”，即可裁減增強網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。SENS是基于4．4RSD TCP/IP協(xié)議棧發(fā)展而來的。它包含了許多4．4BSD TCP／IP協(xié)議棧沒有的協(xié)議；而且SENS在實現(xiàn)一些協(xié)議功能時增加了許多新特性。如在IP協(xié)議實現(xiàn)時增加了多播功能。SENS協(xié)議棧層次如圖2所示。

SENS的基本特征與傳統(tǒng)的TCP／IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧相似，但從圖2中可以看出，SENS最大的特點是在數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層之間多了MUX層。在SENS中網(wǎng)絡(luò)接口的驅(qū)動程序叫作“END(Enhanced Network Driver)”，即增強型網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序，它處于數(shù)據(jù)鏈路層。IP層和TCP／UDP層合稱為“網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層”。在數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層之間有應(yīng)用程序接口(API)，這個接口在SENS中叫作“MUX(Mulnplexer)接口”。MUX接口如圖3所示。MUX接口起到隔離網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的作用。在老式的BSD4．3的驅(qū)動模式下，網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序和協(xié)議是緊密聯(lián)結(jié)的，無論協(xié)議還是驅(qū)動程序都需要了解對方的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。而在新的基于MUX的模式下，驅(qū)動程序和協(xié)議并不需要了解對方。它們通過MUX接口來通信。例如，在收到一個包后，網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序并不直接訪問協(xié)議的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；相反，當準備將數(shù)據(jù)傳給協(xié)議層時，它調(diào)用一個MUX提供的函數(shù)，該函數(shù)處理把數(shù)據(jù)傳給協(xié)議層的細節(jié)。這使得添加一個新的驅(qū)動程序或協(xié)議十分容易。MUX實現(xiàn)了下面的一套函數(shù)集：muxBind()、muxUn-bind()、muxDevLoad()、muxDevUnload()、muxReceive()、muxError()、muxSend()、muxTxRestartRtn()、muxM castAddrDel()、muxMcastAddrGet()、mux-PollSend()、muxMcastAddrAdd()、muxPollReceive()、muxIoctrl()。網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序和協(xié)議都要調(diào)用上面的函數(shù)，不需要為它們添加任何附加代碼。
2.2 END設(shè)備驅(qū)動程序裝載過程
在VxWorks中，END設(shè)備驅(qū)動程序裝載過程可以分為3個步驟，即指定END設(shè)備，裝載END設(shè)備和啟動END設(shè)備。END設(shè)備的指定是通過數(shù)組endDevTbl[]來完成的，該數(shù)組描述了系統(tǒng)中的所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的裝載入口點及其相關(guān)參數(shù)。系統(tǒng)調(diào)用MUX設(shè)備裝載函數(shù)muxDevLoad()來裝載END設(shè)備，調(diào)用MUX設(shè)備啟動函數(shù)muxDevStart()來啟動END設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序的裝載過程如圖4所示。系統(tǒng)通過usrRoot()函數(shù)來調(diào)用usrNetInit()函數(shù)完成MUX的初始化，裝載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備表endDevTbl[]中描述的所有設(shè)備，并將IP協(xié)議綁定到網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)設(shè)備上等。

當網(wǎng)絡(luò)設(shè)備產(chǎn)牛中斷時，VxWorks調(diào)用驅(qū)動程序先前注冊的中斷服務(wù)程序。中斷服務(wù)程序應(yīng)做盡可能少的工作，以完成將數(shù)據(jù)包從本地網(wǎng)絡(luò)設(shè)備送出／取出的操作。
2．3 文件配置
由于RTL8019兼容NE2000網(wǎng)卡芯片，只需要在其基礎(chǔ)上完成必要的修改。首先將Tornad02．2＼target＼src＼drv＼end目錄下的ne2000End．c和Tornado2．2＼target＼h＼drvend目錄下的ne2000End．h拷貝到bsp目錄下，然后修改以下文件。

(4)修改configNet.h

在endDevTb1[]表中添加新的裝載函數(shù)(其函數(shù)命名格式為xxLoad())入口點及相關(guān)參數(shù)。

④在sysHwInit()中添加RTL8019芯片的復(fù)位和初始化函數(shù)。相關(guān)代碼如下(有關(guān)寄存器的宏定義請參照RTL8019數(shù)據(jù)手冊)：

結(jié)語
本文在VxWorks嵌入式實時操作系統(tǒng)下，提出了網(wǎng)絡(luò)接口的解決方案，即ARM7(S3C4480)為核心CPU，控制網(wǎng)絡(luò)控制器TRL8019實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。本文首先簡單介紹了幾款主要芯片，給出了硬件原理圖；然后簡要分析了VxWorks下的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和驅(qū)動裝載過程；最后，針對此網(wǎng)絡(luò)接幾，詳細列出了VxWorks下文件配置過程，提供了部分軟件源程序，對開發(fā)人員有一定的參考價值。