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          S3C44B0X+μcLinux的嵌入式以太網(wǎng)設(shè)計與分析

          作者: 時間:2009-12-24 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

            隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展,嵌入式產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍事、消費電子、網(wǎng)絡(luò)通信、工業(yè)控制等各個領(lǐng)域,網(wǎng)絡(luò)化是發(fā)展的必然趨勢。嵌入式Linux 作為具有開放的源代碼、優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)性能、可裁減等諸多優(yōu)點的操作系統(tǒng),非常適合用于具有網(wǎng)絡(luò)功能的。本文介紹了以 的ARM處理器和 以太網(wǎng)控制器為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計,并闡述了怎樣在嵌入式操作系統(tǒng) 下實現(xiàn)對網(wǎng)卡的驅(qū)動。

             處理器介紹

            ARM是業(yè)界著名的芯片設(shè)計IP 供應(yīng)商,其32 位RISC 微處理器占據(jù)了全球80%以上的市場份額。ARM7 系列處理器也是目前市場上最成熟、應(yīng)用最廣的處理器。SAMSUNG 公司推出的 就是以ARM7TDMI 為內(nèi)核的一款16/32 位RISC 處理器。它采用0.25μm CMOS 工藝制造,為手持設(shè)備和一般應(yīng)用提供了高性價比和高性能的微處理器解決方案。S3C44B0X 通過提供全面的、通用的片上外設(shè),大大減少了外圍的元器件配置,從而使系統(tǒng)成本大為降低。S3C44B0X 芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

          網(wǎng)絡(luò)接口的電路設(shè)計

            在介紹電路設(shè)計之前,先簡要介紹一下網(wǎng)絡(luò)控制器 的情況。 是臺灣REALTEK公司生產(chǎn)的一款性價比很高的、帶有即插即用功能的全雙工以太網(wǎng)控制器。它內(nèi)部集成了兩塊RAM,一塊16KB,地址為0x4000~0x7FFF;一塊32 字節(jié),地址為0x0000~0x001F。16K 的RAM用作收發(fā)數(shù)據(jù)的緩沖區(qū),一般將0x4000~0x46FF 作為發(fā)送緩沖區(qū),0x4700~0x7FFF 作為接收緩沖區(qū)。圖2 是針對S3C44B0X,用RTL8019AS、74LV138(3- 8 譯碼器)、FB2022(網(wǎng)卡變壓器)設(shè)計的以太網(wǎng)接口電路。

          以太網(wǎng)接口電路

            該電路數(shù)據(jù)寬度為16 位,使用外部中斷EXINT3。處理器的片選信號nGCS1 和A16、A17、A18 通過74LV138 輸出為網(wǎng)卡的使能控制端。nOE 和nWE控制網(wǎng)卡的讀寫,nRESET 控制網(wǎng)卡的復(fù)位,F(xiàn)B2022起變壓濾波的作用。


          操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動開發(fā)介紹

          本系統(tǒng)為什么要選擇

            Linux以其開放的源代碼、強大的網(wǎng)絡(luò)功能等諸多優(yōu)點而成為當(dāng)今流行的操作系統(tǒng)之一。μcLinux 從Linux 內(nèi)核派生而來,沿襲了Linux 的大部分特性,專門針對沒有MMU(存儲器管理單元)的CPU,并且為做了很多小型化工作,它內(nèi)核小,但功能強大,系統(tǒng)健壯,并且具有廣泛的硬件支持特性,是一個優(yōu)秀的嵌入式操作系統(tǒng)。S3C44B0X 正是一款沒有MMU 的處理器,所以在該系統(tǒng)中,操作系統(tǒng)選擇μcLinux 是非常合適的。

          μcLinux 下網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動開發(fā)簡介

            μcLinux 和Linux 下驅(qū)動的實現(xiàn)過程基本相同。linux 將所有的設(shè)備看作具體的文件,通過文件系統(tǒng)層對設(shè)備進(jìn)行訪問。所以在linux/uclinux 的框架結(jié)構(gòu)中,和設(shè)備相關(guān)的處理可以分為兩個層次— —文件系統(tǒng)層和設(shè)備驅(qū)動層。設(shè)備驅(qū)動層屏蔽具體設(shè)備的細(xì)節(jié),文件系統(tǒng)層則向用戶提供一組統(tǒng)一的規(guī)范的用戶接口。這種設(shè)備管理方法可以很好的做到“設(shè)備無關(guān)性”,使linux/uclinux 可以根據(jù)硬件外設(shè)的發(fā)展進(jìn)行方便的擴展,比如要實現(xiàn)一個設(shè)備,只要根據(jù)具體的硬件特性向文件系統(tǒng)提供一組訪問接口即可。整個設(shè)備管理子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

          整個設(shè)備管理子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

            在Linux/μclinux 中,整個網(wǎng)絡(luò)接口的框架可分為四層,從上到下分別為協(xié)議接口層、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口層、提供實際功能的設(shè)備驅(qū)動功能層、以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)媒介層。這個框架在內(nèi)核網(wǎng)絡(luò)模塊中已經(jīng)搭建好了,我們在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)時,要做的主要工作就是根據(jù)上層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口層定義的net_device結(jié)構(gòu)和底層具體的硬件特性,完成設(shè)備驅(qū)動的功能。在網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序部分主要有兩個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),一個是sk_buff,TCP/IP 中不同協(xié)議層間以及和網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序之間數(shù)據(jù)包的傳遞都是通過這個結(jié)構(gòu)體來完成的,這個結(jié)構(gòu)體主要包括傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、連接層需要的變量,決定數(shù)據(jù)區(qū)位置和大小的指針,以及發(fā)送接收數(shù)據(jù)包所用到的具體設(shè)備信息等。它的詳細(xì)定義可參閱內(nèi)核源代碼。

            另一個就是net_device 結(jié)構(gòu),它的定義在中。這個結(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序的核心,它定義了很多供系統(tǒng)訪問和協(xié)議層調(diào)用的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的方法,包括供設(shè)備初始化和往系統(tǒng)注冊用的init 函數(shù),打開和關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的open 和stop 函數(shù),處理數(shù)據(jù)包發(fā)送的函數(shù)hard_start_xmit,以及中斷處理函數(shù)等,接口狀態(tài)統(tǒng)計函數(shù)等。

          RTL8019AS 驅(qū)動程序的實現(xiàn)

            嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中,設(shè)備驅(qū)動的編寫會占用很大的工作量。下面詳細(xì)介紹在本系統(tǒng)中網(wǎng)卡驅(qū)動程序設(shè)計的步驟。

            * 初始化函數(shù)

            static int RTL8019_init(struct net_device *dev)

            {

            調(diào)用ether_setup (dev) 函數(shù)設(shè)置通用的以太網(wǎng)接口;

            填充net_device 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的屬性字段;

            調(diào)用kmalloc 申請需要的內(nèi)存空間;

            手動設(shè)置MAC 地址;

            }

            * 設(shè)備打開與關(guān)閉函數(shù)

            static int RTL8019_open(struct net_device *dev)

            {

            關(guān)閉中斷;

            注冊中斷號和I/O 地址;

            初始化設(shè)備的寄存器;

            使能中斷;

            }

            設(shè)備關(guān)閉函數(shù)與打開函數(shù)的動作相反。

            * 數(shù)據(jù)包發(fā)送函數(shù)

            static int RTL8019_sendpacket(struct sk_buff *skb,

            struct net_device *dev)

            {

            將標(biāo)志位tbusy 打開;

            將數(shù)據(jù)包寫入RTL8019 的發(fā)送緩沖區(qū),啟動DMA 發(fā)送功能;

            釋放緩沖區(qū);

            }

            * 數(shù)據(jù)包接收函數(shù)

            static int RTL8019_rx( int irq, void *dev_id, structpt_regs *regs)

            {

            申請skb 緩存區(qū)存儲新的數(shù)據(jù)包;

            從硬件中讀取新到達(dá)的數(shù)據(jù);

            調(diào)用函數(shù)netif_rx(),將新的數(shù)據(jù)包向網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的上一層傳送;

            }

            最后,將驅(qū)動程序編譯進(jìn)內(nèi)核,由于μcLinux 不支持模塊動態(tài)加載,因此必須使用靜態(tài)編譯的方法。如果一切正常的話,使用ifconfig、route add 命令設(shè)置IP地址和子網(wǎng)掩碼,網(wǎng)卡就能正常工作了。

            結(jié)束語

            RTL8019AS 以太網(wǎng)控制器以其優(yōu)良的性能在嵌入式系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用,而μcLinux行通信和交換數(shù)據(jù)。試驗表明,用HPI 接口在C5416和S3C4510B 間通信滿足嵌入式系統(tǒng)的實時性要求。



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