基于S3C4480X的嵌入式以太网接口设计

引言

　　在互联网络和局域网络飞速发展的今天，计算机进行网络互联的同时，各种家电设备、仪器仪表、工业生产中的数据采集和控制正在走向网络化。以太网(Ethemet)由于它的普遍性及低廉的接口价格，因而已经作为一种最通用的网络，广泛应用于生产和生活中。另一方面，嵌入式设备在价格、体积及实时性等方面是通用计算机无法比拟的，也已广泛应用于自动化控制、数据采集、通信网络等领域。因此，嵌入式以太网技术有着广阔的前景，首先要解决的问题就是嵌入式以太网接口问题。

　　本文基于最常用的嵌入式处理器S3C44B0X和以太网驱动器RTL8019AS来设计了一款嵌入式以太网接口。本设计的特点是，既可仅用于嵌入式以太网驱动设备，方便简单，又可进行扩展其他模块，必要时可以移植操作系统，应用于其他复杂领域。本文从RTL8019AS的内部结构工作原理出发，介绍了基于S3C44B0X的硬件接口电路，详细说明了基于硬件层的驱动程序C语言的设计。

　　1以太网帧结构

　　一个标准的以太网物理传输帧由7部分组成：PR(同步位)、SD(分隔位)、DA(目的地址)、SA(源地址位)、TYPE(类型字段)、DATA(数据段)、FCS(帧校验)。

　　其传输帧结构(及各部分长度)如图1所示。

　　除了数据段的长度不定外，其他部分的长度固定不变。数据段为46～1500字节。以太网规定整个传输包的最大长度不能超过1514字节(14字节为DA、SA、TYPE)，最小不能小于60字节。需填充时，填充字符的个数不包括在长度字段中；超过1 500字节时，需拆成多个帧传送。事实上，发送数据时，PR、SD、FCS及填充字段这几个数据段由以太网控制器自动产生；而接收数据时，PR、SD被跳过，控制器一旦检测到有效的前序字段(即PR、SD)，就认为接收数据开始。

　　2芯片简介

　　S3C44B0X是三星公司使用ARM7TDMI核生产的16／32位RISC(精简指令集计算机)处理器，它提供了丰富的内置模块，包括：8 kB Cache和内部SRAM，LCD(液晶显示器)控制器，2通道的UART，4通道的DMA(直接存储器存取)，存储器管理，带PWM(脉宽调制)的定时器，I／O口，8通道10位的A／D转换器，IIC、IIS总线，同步SIO接口和PLL(锁相环)倍频器，可根据需要进行接口扩展，并且价格低廉，目前已被广泛应用于嵌入式领域中。

　　RTL8019AS是在嵌入式领域应用广泛且性价比很高的网络控制芯片。RTL8019AS的主要性能有：符号EthernetⅡ与IEEE 802.3(10Base5、10Base2、10BaseT)标准；全双工，收发可同时达到10 Mbit／s的速率；内置16 kB的SRAM，用于收发缓冲，降低对主处理器的速度要求；支持8／16位数据总线，8个中断申请线以及16个I／O基地址选择；支持UTP、AUI、BNC自动检测，还支持对10BaseT拓扑结构的自动极性修正；允许4个诊断LED引脚可编程输出。

　　RTL8019AS可分为以下几部分功能模块：

　　a)远程DMA接口：处理器与RTL8019AS收发缓冲的连接通道，处理器只需对远程DMA操作。

　　b)本地DMA接口：RTL8019AS与网线的连接通道，完成控制器与网线的数据交换。

　　c)MAC(介质访问控制)逻辑：完成对远程DMA和本地DMA数据包传输、中断的产生等自动控制。

　　d)地址识别逻辑：将接收到的数据帧中的目的地址和地址寄存器中的地址进行比较，判断其是否为发到本地的帧。

　　e)CRC(循环冗余校验)产生校验逻辑：在发送数据时，产生CRC码，对接收帧进行CRC。

　　f)协议PCA：负责实施以太网规范。

　　RTL8019AS内部有16kB SRAM，分为64页，256字节／页，组成环形队列作为收发缓冲区，只能按页操作，页地址从0x4000～0x7FFF。可以通过相关的寄存器读写操作，可以对缓冲区进行设置及状态的读取。由于接收缓冲区是按页即256 B来操作的，与缓冲区地址有关的寄存器中只需存储缓冲区的高16位地址即可。在本设计中，将前32页(0x400～0x5fff)作为接收缓冲区，将后32页(0x6000～0x7ff)作为发送缓冲区。

　　RTL8019AS具有32位输入输出地址，地址偏移量为00H～1FH。其中，00H～0FH共16个地址为寄存器地址。远程DMA地址包括10H～17H，都可以用来做远程DMA端口，只要用其中的一个就可以了。复位端口包括18H～1FH共8个地址，功能相同，用于RTL8019AS复位。RTL8019AS的内部I／O基址是00H，但微处理器要访问8019的地址却不是00H，该地址是由处理器与网络控制器的连线决定的。

　　RTL8019AS寄存器分为4页，即PAGE0～PAGE3，每一页的地址偏移量均为0x00～0x1f由RTL8019AS的CR(命令寄存器)中的PS1、PS0位来决定要访问的页，每一页中的寄存器由SA0～SA3寻址。第0页和第1页的寄存器很重要，用于数据收发的控制和中断管理等，使用前必须对其进行配置。第2页和第3页只用于诊断和其他一些配置，很少使用。