极速时时彩开奖直播 » 技术支持 » [DSP开发板] 正文

网络控制器DM9000A在嵌入式系统中的应用

来源:零零电子  作者:零零电子  时间:2008-08-19 14:22:25  阅读:714
目前,网络技术在电子产品中的应用越来越广,更多的嵌入式设备需要提供网络接口,以方便与外部互联通讯。现在流行的大多数嵌入式CPU(如ARM、PPC)都提供了此类接口,但对于一些相对复杂的嵌入式系统来说,可能需要扩展以太网口,以满足网络通讯需要。本文介绍一种新款网络接口芯片DM9000A,它可以很方便的实现与嵌入式CPU的接口,实现扩展以太网口的功能。

DM9000A

  DM9000A是中国台湾DAVICOM公司推出的一款高速以太网接口芯片,其基本特征是:集成10/100M物理层接口;内部带有16K字节SRAM用作接收发送的FIFO缓存;支持8/16bit两种主机工作模式;通过HP认证的AUTO-Mdix(支持直接互连自动翻转)功能;支持TCP/IP加速(IPV4 check sum offload)减轻CPU负担,提高整机效能;10ns I/O读写时间。DM9000A以太网控制器遵循IEEE颁布的802.3以太网传输协议。该电路还集成了EEPROM接口,自举时通过EEPROM接口输入到芯片中,从而实现自动初始化。

硬件接口设计

  DM9000A可以很方便的与目前主流的嵌入式CPU以8位或16位的总线方式连接,本文设计的系统CPU为AT91RM9200,它是一个采用ARM核的32位微处理器。

  系统上电时,AT91RM9200通过总线配置DM9000A内部网络控制寄存器(NCR)、中断寄存器(ISR)等,完成DM9000A的初始化。随后,DM9000A进入数据收发等待状态。当AT91RM9200向以太网发送数据时,先将数据打包成UDP或IP数据包,并通过16 bit总线发送到DM9000A的数据发送缓存中,然后将数据长度等信息填充到DM9000A的相应寄存器内,使能发送。当DM9000A接收到外部网络送来的以太网数据时,首先检测数据帧的合法性,如果帧头标志有误或存在CRC校验错误,则将该帧数据丢弃。否则将数据帧缓存到内部RAM,并通过中断标志位通知AT91RM9200,由AT91RM9200对DM9000A接收到的数据进行处理。

Linux驱动实现

  Linux网络驱动体系结构
  在Linux操作系统中的设备驱动,根据各类外围I/O设备的不同,分为三类,即字符设备(如键盘、LCD) 驱动、块设备(如硬盘、CF卡) 驱动和网络设备(如网卡) 驱动。 Linux网络设备驱动程序结构上由四部分组成:网络协议接口,网络设备接口,设备驱动功能层及网络设备介质。

设计开发Linux网络驱动程序时,最主要的工作就是完成设备驱动功能层。类似于对字符设备和块设备的处理,为了屏蔽网络环境中物理网络设备的多样性,Linux利用面向对象的思想对所有的网络物理设备进行抽象,定义了一个统一的接口。对于所有网络硬件的访问都是通过接口进行的,接口向用户提供了一个对于所有类型的网络硬件一致化的操作集合。Linux内核提供的统一网络设备结构为net_device,此结构体位于网络驱动层的核心地位。

  net_device 中有很多供系访问和协议层调用的设备方法,其中包括: 
  · dev->open:打开设备。open方法应当注册网络设备需要的任何系统资源( I/O 口,IRQ, DMA等),打开硬件,进行设备要求的其他设置。
  · dev—>stop:停止设备。 该函数应当恢复在打开时进行的操作。
  · dev->hard_start_xmit:发送报文。
  · dev->tx_timeout:发送超时调用的方法,它应当处理这个问题并恢复报文发送。
  · dev->set_mac_address:修改网络的硬件MAC地址。

  网络驱动就是要实现这些具体的设备方法。

  设备初始化
  网络的初始化是设备工作的第一步。当系统加载网络驱动模块的时候,就会调用初始化过程。首先利用函数request_mem_region映射DM9000A的数据、地址端口,通过dmfe_probe函数检测网络物理设备是否存在,检测DM9000A内部串行NIC的值是否正确,然后再对设备进行资源配置,构造设备的net_device数据结构。包括一些低层硬件信息:base_addr(网络接口的 I/O 基地址),irq(安排的中断号)等。

  打开设备和关闭设备
  open方法在网络设备被激活的时被调用,具体DM9000A的硬件初始化工作放到这里来做。对于DM9000A需要完成的初始化包括:对DM9000A内部上电,软件复位,通过NCR寄存器设置网络工作模式,可以选择设置内部或者外部PHY、全双工或者半双工模式、使能唤醒事件等网络操作,对RX/TX中断使能,使能数据接收功能。调用request_irq()申请中断号登记中断处理函数,调用netif_carrier_on侦测连接状态。

  启动定时器,调用netif_start_queue激活设备发送队列。
  这里对DM9000A的中断设计做了一个特殊处理:通常AT91RM9200提供最多32个中断源,默认提供7个外部中断源,但对于较复杂的嵌入式系统,可能会面临中断源不够用的情况。由于AT91RM9200的PIO可以实现功能复用,因此可以把多余的IO引脚配置为可用的中断源。故本系统中,设计DM9000A中断源与AT91RM9200外部I/O口PD8引脚相连。一个PIO端口的32个引脚共享一个中断ID,只需要在中断状态寄存器中区分具体哪个引脚引起中断,然后转向特定的中断处理函数执行操作,就可以实现中断处理。

  close所做的工作和open相反,主要释放open获得的资源,以减少系统负担。

  数据包发送
  数据包的发送和接收是实现Linux网络驱动程序中两个最关键的过程,对这两个过程处理的好坏将直接影响到驱动程序的整体运行质量。

  数据传输通过hard_start_xmit函数实现,首先把存放在套接字缓冲区中的数据发送到网络芯片DM9000A内部的TX FIFO SRAM中,该缓冲区是由数据结构sk_buff表示,把要传送的数据长度写入DM9000A中的传输包长度寄存器TXPLL和TXPLH中。然后使能传输。如果数据发送成功,则会触发一次中断。

  实际中会出现多个数据帧传输,需要考虑做并发处理。在发送时检测传输队例暂时满载时就要通过netif_stop_queue来暂停,当发送完成触发中断处理时,调用netif_wake_queue函数来重新启动传输队例。

  网络传输由于系统忙或硬件的问题发生延迟,则会调用传送超时处理函数tx_timeout,对硬件复位操作。
    数据包接收
  数据包的接收是通过中断处理,当有数据到达时,就产生中断信号,网络设备驱动功能层就调用数据包接收程序来处理数据包的接收,然后网络协议接口层调用netif_rx函数把接收到的数据包传输到网络协议的上层进行处理。

  DM9000A接收缓存区中的每帧数据由4字节长的首部、有效数据和CRC校验序列构成。首部4字节依次是01H、以太网帧状态、以太网帧长度低字节和长度高字节,数据包接收程序首先检测如果第一个字节是01H,则说明有数据;如果是00H,则说明无数据,需要进行复位。然后调用函数dev_alloc_skb申请一块sk_buff结构缓冲区,从DM9000A读出数据放置到缓冲区里,根据获取的长度信息,判断是否读完一帧。如果读完,接着读下一帧,直到遇到首字节是00H的帧,说明接收数据已读完。接下来填充sk_buff中的一些信息,使之成为规范的sk_buff结构,最后调用netif_rx()函数将接收到的数据传输到网络协议的上层。

结语

  该设计成功用于某网络测试设备的主控模块上,可以通过以太网接入Internet,从而实现从Internet上监控嵌入式设备。

参考文献:

1. Davicom Corporation,DM9000A Application Notes V1.20, 2005
  2. Lessandro Rubini,Jonathan Corbet. Linux Device Drivers, second  edition,O’Reilly & Associates,2002
3. 李方军、金炜东,嵌入式Linux网络驱动程序的研究与实现,现代电子技术,2005,16

4. Atmel Corporation, AT91RM9200 Datasheet, version E, 2005

      
  相关信息
 · 网络控制器DM9000A在嵌入式系统中的应用  2008-08-19 14:22:25
更多   
    客户服务电话:0551-63525828
    技术交流电话:0551-66109061
    客户服务 QQ:289135388
    MSN:board_00ic@hotmail.com
    传真服务号码:0551-63525828
    地址:合肥市政务区潜山路绿地蓝海国际大厦A楼1609-1610室
关于我们 | 服务条款 | 销售咨询 | 售后服务 | 联系我们 版权所有(C)合肥零零电子科技时时彩 2005-2019 皖ICP备08104870号
时时彩 极速 时时彩 时时彩 极速 时时彩 极速 时时彩 时时彩 时时彩