網(wǎng)絡(luò)控制器DM9000A在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　設(shè)計(jì)Linux網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，最主要的工作就是完成設(shè)備驅(qū)動(dòng)功能層。類(lèi)似于對(duì)字符設(shè)備和塊設(shè)備的處理，為了屏蔽網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的多樣性，Linux利用面向?qū)ο蟮乃枷雽?duì)所有的網(wǎng)絡(luò)物理設(shè)備進(jìn)行抽象，定義了一個(gè)統(tǒng)一的接口。對(duì)于所有網(wǎng)絡(luò)硬件的訪問(wèn)都是通過(guò)接口進(jìn)行的，接口向用戶提供了一個(gè)對(duì)于所有類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)硬件一致化的操作集合。Linux內(nèi)核提供的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)設(shè)備結(jié)構(gòu)為net_device，此結(jié)構(gòu)體位于網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)層的核心地位。

　　net_device 中有很多供系訪問(wèn)和協(xié)議層調(diào)用的設(shè)備方法，其中包括：
　　· dev->open：打開(kāi)設(shè)備。open方法應(yīng)當(dāng)注冊(cè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要的任何系統(tǒng)資源( I/O 口，IRQ， DMA等)，打開(kāi)硬件，進(jìn)行設(shè)備要求的其他設(shè)置。
　　· dev—>stop：停止設(shè)備。 該函數(shù)應(yīng)當(dāng)恢復(fù)在打開(kāi)時(shí)進(jìn)行的操作。
　　· dev->hard_start_xmit：發(fā)送報(bào)文。
　　· dev->tx_timeout：發(fā)送超時(shí)調(diào)用的方法,它應(yīng)當(dāng)處理這個(gè)問(wèn)題并恢復(fù)報(bào)文發(fā)送。
　　· dev->set_mac_address：修改網(wǎng)絡(luò)的硬件MAC地址。

　　網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)就是要實(shí)現(xiàn)這些具體的設(shè)備方法。

　　設(shè)備初始化
　　網(wǎng)絡(luò)的初始化是設(shè)備工作的第一步。當(dāng)系統(tǒng)加載網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)模塊的時(shí)候，就會(huì)調(diào)用初始化過(guò)程。首先利用函數(shù)request_mem_region映射DM9000A的數(shù)據(jù)、地址端口，通過(guò)dmfe_probe函數(shù)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)物理設(shè)備是否存在，檢測(cè)DM9000A內(nèi)部串行NIC的值是否正確，然后再對(duì)設(shè)備進(jìn)行資源配置，構(gòu)造設(shè)備的net_device數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。包括一些低層硬件信息：base_addr(網(wǎng)絡(luò)接口的 I/O 基地址)，irq(安排的中斷號(hào))等。

　　打開(kāi)設(shè)備和關(guān)閉設(shè)備
　　open方法在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備被激活的時(shí)被調(diào)用，具體DM9000A的硬件初始化工作放到這里來(lái)做。對(duì)于DM9000A需要完成的初始化包括：對(duì)DM9000A內(nèi)部上電，軟件復(fù)位，通過(guò)NCR寄存器設(shè)置網(wǎng)絡(luò)工作模式,可以選擇設(shè)置內(nèi)部或者外部PHY、全雙工或者半雙工模式、使能喚醒事件等網(wǎng)絡(luò)操作，對(duì)RX／TX中斷使能，使能數(shù)據(jù)接收功能。調(diào)用request_irq()申請(qǐng)中斷號(hào)登記中斷處理函數(shù)，調(diào)用netif_carrier_on偵測(cè)連接狀態(tài)。

　　啟動(dòng)定時(shí)器，調(diào)用netif_start_queue激活設(shè)備發(fā)送隊(duì)列。
　　這里對(duì)DM9000A的中斷設(shè)計(jì)做了一個(gè)特殊處理：通常AT91RM9200提供最多32個(gè)中斷源，默認(rèn)提供7個(gè)外部中斷源，但對(duì)于較復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)，可能會(huì)面臨中斷源不夠用的情況。由于AT91RM9200的PIO可以實(shí)現(xiàn)功能復(fù)用，因此可以把多余的IO引腳配置為可用的中斷源。故本系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)DM9000A中斷源與AT91RM9200外部I/O口PD8引腳相連。一個(gè)PIO端口的32個(gè)引腳共享一個(gè)中斷ID，只需要在中斷狀態(tài)寄存器中區(qū)分具體哪個(gè)引腳引起中斷，然后轉(zhuǎn)向特定的中斷處理函數(shù)執(zhí)行操作，就可以實(shí)現(xiàn)中斷處理。

　　close所做的工作和open相反，主要釋放open獲得的資源，以減少系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。

　　數(shù)據(jù)包發(fā)送
　　數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收是實(shí)現(xiàn)Linux網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序中兩個(gè)最關(guān)鍵的過(guò)程，對(duì)這兩個(gè)過(guò)程處理的好壞將直接影響到驅(qū)動(dòng)程序的整體運(yùn)行質(zhì)量。

　　數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)hard_start_xmit函數(shù)實(shí)現(xiàn)，首先把存放在套接字緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)芯片DM9000A內(nèi)部的TX FIFO SRAM中，該緩沖區(qū)是由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)sk_buff表示，把要傳送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度寫(xiě)入DM9000A中的傳輸包長(zhǎng)度寄存器TXPLL和TXPLH中。然后使能傳輸。如果數(shù)據(jù)發(fā)送成功，則會(huì)觸發(fā)一次中斷。

　　實(shí)際中會(huì)出現(xiàn)多個(gè)數(shù)據(jù)幀傳輸，需要考慮做并發(fā)處理。在發(fā)送時(shí)檢測(cè)傳輸隊(duì)例暫時(shí)滿載時(shí)就要通過(guò)netif_stop_queue來(lái)暫停，當(dāng)發(fā)送完成觸發(fā)中斷處理時(shí)，調(diào)用netif_wake_queue函數(shù)來(lái)重新啟動(dòng)傳輸隊(duì)例。

　　網(wǎng)絡(luò)傳輸由于系統(tǒng)忙或硬件的問(wèn)題發(fā)生延遲，則會(huì)調(diào)用傳送超時(shí)處理函數(shù)tx_timeout，對(duì)硬件復(fù)位操作。

　　數(shù)據(jù)包接收
　　數(shù)據(jù)包的接收是通過(guò)中斷處理，當(dāng)有數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)，就產(chǎn)生中斷信號(hào)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)功能層就調(diào)用數(shù)據(jù)包接收程序來(lái)處理數(shù)據(jù)包的接收，然后網(wǎng)絡(luò)協(xié)議接口層調(diào)用netif_rx函數(shù)把接收到的數(shù)據(jù)包傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)協(xié)議的上層進(jìn)行處理。

　　DM9000A接收緩存區(qū)中的每幀數(shù)據(jù)由4字節(jié)長(zhǎng)的首部、有效數(shù)據(jù)和CRC校驗(yàn)序列構(gòu)成。首部4字節(jié)依次是01H、以太網(wǎng)幀狀態(tài)、以太網(wǎng)幀長(zhǎng)度低字節(jié)和長(zhǎng)度高字節(jié)，數(shù)據(jù)包接收程序首先檢測(cè)如果第一個(gè)字節(jié)是01H，則說(shuō)明有數(shù)據(jù)；如果是00H，則說(shuō)明無(wú)數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行復(fù)位。然后調(diào)用函數(shù)dev_alloc_skb申請(qǐng)一塊sk_buff結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)，從DM9000A讀出數(shù)據(jù)放置到緩沖區(qū)里，根據(jù)獲取的長(zhǎng)度信息，判斷是否讀完一幀。如果讀完，接著讀下一幀，直到遇到首字節(jié)是00H的幀，說(shuō)明接收數(shù)據(jù)已讀完。接下來(lái)填充sk_buff中的一些信息，使之成為規(guī)范的sk_buff結(jié)構(gòu)，最后調(diào)用netif_rx()函數(shù)將接收到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)協(xié)議的上層。

結(jié)語(yǔ)

　　該設(shè)計(jì)成功用于某網(wǎng)絡(luò)測(cè)試設(shè)備的主控模塊上，可以通過(guò)以太網(wǎng)接入Internet，從而實(shí)現(xiàn)從Internet上監(jiān)控嵌入式設(shè)備。

參考文獻(xiàn)：

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