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1 引言 要實現小型嵌入式設備的Internet接入，TCP/IP首先要解決的是底層硬件問題，即協議的物理層。Ethernet具有成熟的技術、低廉的網絡產品、豐富的開發工具和技術支持，當現場總線的發展遇到阻礙時，以太網控制網絡技術以其明顯的優勢得到了迅猛的發展，并逐漸形成了現場總線的新標準——Ethernet。考慮到國內局域網大部分是以太網，隨著交換式網絡、寬帶網絡的發展，基于以太網的嵌入式設備Internet接入應用有著現實意義。 在現有嵌入式系統中，大多數選用的是10Mb/s的以太網卡，其傳輸速率慢，已不能再適應現在人們的要求。而其它10/100Mb/s網卡芯片或工藝復雜或成本較高，不適應工業制造。而DM9000是完全綜合的、成本較低的單一快速以太網控制器芯片，具有通用的處理器接口。它被設計為低功耗、高處理性能，而其設計又非常簡單，所以可以容易的完成不同系統的軟件驅動開發。 DM9000——DAVICOM公司的10/100Mb/s自適應以太網芯片。其特點是：支持8位、16位、32位數據總線寬度；寄存器操作簡單有效，有成熟的Linux驅動程序支持；3.3V接口電平；成本相當低廉；還可以使用MII接口和PHY芯片連接。 2 DM9000與S3C2410的連接 2.1 硬件整體電路設計 硬件上要完成DM9000與ARM芯片S3C2410三大總線連接，以及DM9000與以太網水晶接頭RJ45的連接。基于ARM 嵌入式系統和以太網的接口如圖1。 圖1 ARM 嵌入式系統與以太網的接口電路示意圖 2.2 DM9000與S3C2410連接 實現DM9000與S3C2410連接，必須對兩者間的數據、地址、控制三大總線進行連接和轉換。S3C2410是32位微處理器，有32根地址線，支持4GB存儲空間。其中0—40000000的1G空間被分為8塊128M 空間，分別由NGCS0—NGCS7片選。DM9000為16位以太網控制芯片。圖2給出了S3C2410與DM9000的連接方法。 圖2 S3C2410與DM9000的邏輯連接 對DM9000讀寫操作，首先對DM9000正確尋址。AEN (地址允許)是輸入引腳片選信號。SA4～SA9是地址總線4～9位，當AEN低且SA9和SA8高，而SA7、SA6、SA5、SA4為低時，則DM9000被選中。 圖3 S3C2410與DM9000的連接電路 DM9000 默認I/0 基地址為300H。CMD 引腳用于設置COMMAND 模式，CMD為高時，選擇數據端口。CMD為低時，選地址端口。數據端口和地址端口的地址碼由下式決定： DM9000地址端口=高位片選地址+300H+0H DM9000數據端口=高位片選地址+300H+4H 其中，高位片選地址由S3C2410的NGCS3提供，即為：0X100000000H。 實際設計電路如圖3所示，其中nWAIT為讀寫等待信號。由于在S3C2410中以太網卡的中斷為9號中斷，所以 EINT9_ETHERNET為中斷信號。RESET為網卡芯片重啟信號。25MHz OSCILLATOR為芯片提供25MHz的工作頻率。（在本圖中省去了S3C2410芯片）SD0～SD15數據總線與S3C2410的數據總線連接。 3 DM9000驅動程序描述 3.1 驅動程序整體設計 Linux網絡驅動程序的體系結構可劃分為從上到下依次為網絡協議接口、網絡設備接口層、提供實際功能的設備驅動功能層以及網絡設備媒介層。Linux內核中提供了網絡設備接口級別以上層次的代碼，所以移植（或編寫）特定網絡硬件的驅動程序最主要的工作就是完成設備驅動功能層，主要包括數據的接收、發送等控制。在Linux中所有網絡都抽象為一個接口，由結構體 net_device來表示網絡設備在內核中的運行情況，即網絡設備接口。它既包括了網絡設備接口，如回環（loopback）設備，也包括了硬件網絡設備接口，如以太網卡。 驅動程序運行時，操作系統先調用檢測例程以發現安裝的網卡，如網卡支持即插即用，檢測例程自動發現網卡參數。否則，驅動程序運行前，設置好網卡參數供驅動程序使用。核心發送數據時，調用驅動程序的發送例程。將數據寫入空間，再激活物理發送過程。面向物理層接口程序中斷處理例程。當網卡接收數據、發送過程結束或出錯時，網卡產生中斷，核心調用中斷處理例程，再判斷中斷發生原因，并進行處理。 驅動程序流程如圖4，分為主程序和中斷服務程序，主程序進行DM9000的初始化和網卡檢測、網卡參數獲取。中斷服務程序以程序查詢方式識別中斷源，完成相應處理。具體分別如圖4(a)和(b)。 圖4 DM9000驅動程序流程 在整個過程中，首先要通過檢測物理設備的硬件特征判斷網絡物理設備是否存在，然后決定是否啟動這個驅動程序。接著會對設備進行資源配置，比如，即插即用的硬件就可在這個時候進行配置；而在本嵌入式平臺上，以太網的MAC地址也在這里指定。配置好硬件占用的資源后，就可向系統申請這些資源，如中斷、I/O空間等。最后，對結構體net_device相應的成員變量初始化，使得一個網絡設備可被系統使用。 數據包的發送和接收是實現Linux網絡驅動程序中關鍵的過程，對這兩個過程處理的好壞將直接影響到網絡的整體運行質量。驅動程序中并不存在一個接收方法。應由底層驅動程序來通知系統有數據收到。一般情況下，設備收到數據后都會產生一個中斷，在中斷處理程序中驅動程序申請一塊sk_buff（如定義為skb），從硬件讀出數據放到申請好的緩沖區中。 4 DM9000驅動程序測試 4.1 測試環境 在調試過程中，可以先建立可下載的鏡像文件。在目標板上先燒入vivi。通過vivi將內核映像下載到目標板運行。而網絡驅動是屬于BSP的一部分所以會在下載地過程中一同寫入目標板。 (1)主機環境 主機環境是在Fedora上運行的Linux的集成交叉開發環境及相關的測試用軟件。 (2)目標機環境 目標機的硬件環境是要作為海信商機使用的SBC2410A(ARM920T內核)開發板。 由主機和目標機共同組成了網絡驅動程序的測試環境，兩者通過串口及網線相連，在調試網絡驅動之前要通過串口加載程序。加載了程序之后就可以針對以太網接口來進行相關的測試工作。 4.2 硬件測試 當成功的將DM9000網絡芯片的驅動程序加載到Linux內核中后，就要對其進行測試。首先，要進行的就是硬件的測試。因為DM9000有4個GPIO端口，這里我們只要對這4個端口進行測試，如果它們能夠正常讀寫，則可說明DM9000網卡應工作在正常狀態下。 在測試程序進行編譯運后，運行過程中，用萬用表分別測量4個所對應引腳的電壓，經測試為3.3V，說明該引腳硬件正常，則芯片工作在正常狀態下。 4.3 驅動程序測試 測試過程中在目標機上編寫基于TCP協議的tcpServer()任務作為測試用程序，其功能是實現最簡單TCP服務器端程序。上位機運行相應的Client客戶端程序，由兩端組成TCP的Client-Sever系統進行網絡接口的速度測試和可靠性的測試。 表4-1 測試項目及結果
5 測試結論 通過對網絡驅動程序的測試，證明所開發的網絡驅動程序實現了所有先期設計功能，并在速度上得到了驗證，能夠滿足大批量數據的傳輸工作。 傳送3個包到202.108.9.39，從202.108.9.39接收3個包，無丟失。 本文創新點 S3C2410A內部沒有內嵌的專用網卡控制器，因此在以S3C2410A為硬件平臺的嵌入式設備中增設網卡模塊，必須自行設計接口電路并進行相應的驅動開發，本文使用SBC2410（ARM920T內核)開發板，作為軟硬件運行的硬件平臺，設計DM9000快速以太網網卡硬件電路并進行驅動程序的開發與實現。 采用此方案設計的網卡接口電路可應用到多種嵌入式設備中，在稅控收款機應用中直接經濟效益可達20余萬元。 |
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