基于S3C4480X的嵌入式以太網(wǎng)接口設(shè)計(jì)

　　0引言

　　在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和局域網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展的今天，計(jì)算機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的同時(shí)，各種家電設(shè)備、儀器儀表、工業(yè)生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)采集和控制正在走向網(wǎng)絡(luò)化。以太網(wǎng)(Ethemet)由于它的普遍性及低廉的接口價(jià)格，因而已經(jīng)作為一種最通用的網(wǎng)絡(luò)，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)和生活中。另一方面，嵌入式設(shè)備在價(jià)格、體積及實(shí)時(shí)性等方面是通用計(jì)算機(jī)無(wú)法比擬的，也已廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制、數(shù)據(jù)采集、通信網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域。因此，嵌入式以太網(wǎng)技術(shù)有著廣闊的前景，首先要解決的問(wèn)題就是嵌入式以太網(wǎng)接口問(wèn)題。

　　本文基于最常用的嵌入式處理器S3C44B0X和以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)器RTL8019AS來(lái)設(shè)計(jì)了一款嵌入式以太網(wǎng)接口。本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是，既可僅用于嵌入式以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，方便簡(jiǎn)單，又可進(jìn)行擴(kuò)展其他模塊，必要時(shí)可以移植操作系統(tǒng)，應(yīng)用于其他復(fù)雜領(lǐng)域。本文從RTL8019AS的內(nèi)部結(jié)構(gòu)工作原理出發(fā)，介紹了基于S3C44B0X的硬件接口電路，詳細(xì)說(shuō)明了基于硬件層的驅(qū)動(dòng)程序C語(yǔ)言的設(shè)計(jì)。

　　1以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)

　　一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)物理傳輸幀由7部分組成：PR(同步位)、SD(分隔位)、DA(目的地址)、SA(源地址位)、TYPE(類型字段)、DATA(數(shù)據(jù)段)、FCS(幀校驗(yàn))。

　　其傳輸幀結(jié)構(gòu)(及各部分長(zhǎng)度)如圖1所示。

　　除了數(shù)據(jù)段的長(zhǎng)度不定外，其他部分的長(zhǎng)度固定不變。數(shù)據(jù)段為46～1500字節(jié)。以太網(wǎng)規(guī)定整個(gè)傳輸包的最大長(zhǎng)度不能超過(guò)1514字節(jié)(14字節(jié)為DA、SA、TYPE)，最小不能小于60字節(jié)。需填充時(shí)，填充字符的個(gè)數(shù)不包括在長(zhǎng)度字段中；超過(guò)1 500字節(jié)時(shí)，需拆成多個(gè)幀傳送。事實(shí)上，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，PR、SD、FCS及填充字段這幾個(gè)數(shù)據(jù)段由以太網(wǎng)控制器自動(dòng)產(chǎn)生；而接收數(shù)據(jù)時(shí)，PR、SD被跳過(guò)，控制器一旦檢測(cè)到有效的前序字段(即PR、SD)，就認(rèn)為接收數(shù)據(jù)開(kāi)始。

　　2芯片簡(jiǎn)介

　　S3C44B0X是三星公司使用ARM7TDMI核生產(chǎn)的16／32位RISC(精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī))處理器，它提供了豐富的內(nèi)置模塊，包括：8 kB Cache和內(nèi)部SRAM，LCD(液晶顯示器)控制器，2通道的UART，4通道的DMA(直接存儲(chǔ)器存取)，存儲(chǔ)器管理，帶PWM(脈寬調(diào)制)的定時(shí)器，I／O口，8通道10位的A／D轉(zhuǎn)換器，IIC、IIS總線，同步SIO接口和PLL(鎖相環(huán))倍頻器，可根據(jù)需要進(jìn)行接口擴(kuò)展，并且價(jià)格低廉，目前已被廣泛應(yīng)用于嵌入式領(lǐng)域中。

　　RTL8019AS是在嵌入式領(lǐng)域應(yīng)用廣泛且性價(jià)比很高的網(wǎng)絡(luò)控制芯片。RTL8019AS的主要性能有：符號(hào)EthernetⅡ與IEEE 802.3(10Base5、10Base2、10BaseT)標(biāo)準(zhǔn)；全雙工，收發(fā)可同時(shí)達(dá)到10 Mbit／s的速率；內(nèi)置16 kB的SRAM，用于收發(fā)緩沖，降低對(duì)主處理器的速度要求；支持8／16位數(shù)據(jù)總線，8個(gè)中斷申請(qǐng)線以及16個(gè)I／O基地址選擇；支持UTP、AUI、BNC自動(dòng)檢測(cè)，還支持對(duì)10BaseT拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的自動(dòng)極性修正；允許4個(gè)診斷LED引腳可編程輸出。

　　RTL8019AS可分為以下幾部分功能模塊：

　　a)遠(yuǎn)程DMA接口：處理器與RTL8019AS收發(fā)緩沖的連接通道，處理器只需對(duì)遠(yuǎn)程DMA操作。

　　b)本地DMA接口：RTL8019AS與網(wǎng)線的連接通道，完成控制器與網(wǎng)線的數(shù)據(jù)交換。

　　c)MAC(介質(zhì)訪問(wèn)控制)邏輯：完成對(duì)遠(yuǎn)程DMA和本地DMA數(shù)據(jù)包傳輸、中斷的產(chǎn)生等自動(dòng)控制。

　　d)地址識(shí)別邏輯：將接收到的數(shù)據(jù)幀中的目的地址和地址寄存器中的地址進(jìn)行比較，判斷其是否為發(fā)到本地的幀。

　　e)CRC(循環(huán)冗余校驗(yàn))產(chǎn)生校驗(yàn)邏輯：在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，產(chǎn)生CRC碼，對(duì)接收幀進(jìn)行CRC。

　　f)協(xié)議PCA：負(fù)責(zé)實(shí)施以太網(wǎng)規(guī)范。

　　RTL8019AS內(nèi)部有16kB SRAM，分為64頁(yè)，256字節(jié)／頁(yè)，組成環(huán)形隊(duì)列作為收發(fā)緩沖區(qū)，只能按頁(yè)操作，頁(yè)地址從0x4000～0x7FFF。可以通過(guò)相關(guān)的寄存器讀寫(xiě)操作，可以對(duì)緩沖區(qū)進(jìn)行設(shè)置及狀態(tài)的讀取。由于接收緩沖區(qū)是按頁(yè)即256 B來(lái)操作的，與緩沖區(qū)地址有關(guān)的寄存器中只需存儲(chǔ)緩沖區(qū)的高16位地址即可。在本設(shè)計(jì)中，將前32頁(yè)(0x400～0x5fff)作為接收緩沖區(qū)，將后32頁(yè)(0x6000～0x7ff)作為發(fā)送緩沖區(qū)。

　　RTL8019AS具有32位輸入輸出地址，地址偏移量為00H～1FH。其中，00H～0FH共16個(gè)地址為寄存器地址。遠(yuǎn)程DMA地址包括10H～17H，都可以用來(lái)做遠(yuǎn)程DMA端口，只要用其中的一個(gè)就可以了。復(fù)位端口包括18H～1FH共8個(gè)地址，功能相同，用于RTL8019AS復(fù)位。RTL8019AS的內(nèi)部I／O基址是00H，但微處理器要訪問(wèn)8019的地址卻不是00H，該地址是由處理器與網(wǎng)絡(luò)控制器的連線決定的。

　　RTL8019AS寄存器分為4頁(yè)，即PAGE0～PAGE3，每一頁(yè)的地址偏移量均為0x00～0x1f由RTL8019AS的CR(命令寄存器)中的PS1、PS0位來(lái)決定要訪問(wèn)的頁(yè)，每一頁(yè)中的寄存器由SA0～SA3尋址。第0頁(yè)和第1頁(yè)的寄存器很重要，用于數(shù)據(jù)收發(fā)的控制和中斷管理等，使用前必須對(duì)其進(jìn)行配置。第2頁(yè)和第3頁(yè)只用于診斷和其他一些配置，很少使用。