基于VxWorks的网络接口设计

VxWorks操作系统以其高度的可靠性、优秀的实时性、灵活的可裁减性等优势在嵌入式系统中备受关注，广泛应用于许多行业；而随着网络技术的发展，嵌入式技术与网络技术的结合已成必然。VxWorks是最早在其内核中加入TCP／IP协议的嵌入式实时操作系统。如何设计基于VxWorks的网络接口，是摆在嵌入式开发人员面前的首要课题。本设计以三星公司的ARM7(S3C44B0)为核心CPU，开发了VxWorks下的网络接口，包括硬件设计和软件实现两个部分。

1 硬件设计

核心CPU采用三星公司的S3C44B0。S3C44B0采用ARM7TDMI内核，它通过提供全面的、通用的片上外设，大大减少了系统电路除处理器以外的元器件配置，降低了系统成本。 网络接口芯片采用Realtek公司生产的RTL8019AS。它是一款高度集成的以太网控制器，不仅集成了MAC(介质访问控制)子层和物理层的性能，而且与NE2000兼容，具有软件可移植性强以及价格低廉等优点。

S3C4480与RTL8019AS的硬件接口原理如图1所示。从图1中可以看出，RTL8019AS的使能端连到S3C44B0的nGCS3，因此它的地址映射在系统的Bank3上，基地址为0x06000000。RTL8019AS支持8位／16位数据总线，在本电路中采用16位方式。


RTL8019AS共有32个输入／输出地址，对应地址偏移量为0x00～0x1f。现分别说明如下：

①0x00～0x0f的16个地址，为寄存器地址。
②0x10～0xl7的8个地址，为数据读写端口地址。它们都是一样的，每个都可以用来做数据读写端口，只要用其中一个就可以了。
③0x18～0x1f的8个地址，为复位端口。它们的功能都是一样的。但需要注意，实际上只有0x18、0x1a、0x1c、0xle这几个复位端口是有效的，其他不要使用；因为有些兼容卡不支持0xl9、0xlb、Oxld等奇数地址的复位。

在软件设计时，尤其要注意以下两点：

①RTL8019AS的地址线从SA0～SA4依次连到S3C4480的ADDR1～ADDR5上，因此，RTL8019的寄存器地址要左移1位。
②RTL8019AS使用EXINT1中断，且上升沿触发。

2 软件实现

2.1 VxWorks的网络协议栈和MUX接口

VxWorks中的网络协议栈叫作"SENS(Scalable En-hanced Network Stack)"，即可裁减增强网络协议栈。SENS是基于4.4BSDTCP／IP协议栈发展而来的。它包含了许多4.4BSDTCP／IP协议栈没有的协议；而且SENS在实现一些协议功能时增加了许多新特性。如在IP协议实现时增加了多播功能。SENS协议栈层次如图2所示。


SENS的基本特征与传统的TCP／IP网络协议栈相似，但从图2中可以看出，SENS最大的特点是在数据链路层和网络协议层之间多了MUX层。在SENS中网络接口的驱动程序叫作"END(Enhanced Network Driver)"，即增强型网络驱动程序，它处于数据链路层。IP层和TCP／UDP层合称为"网络协议层"。在数据链路层和网络协议层之间有应用程序接口(API)，这个接口在SENS中叫作"MUX(Multiplexer)接口"。MUX接口如图3所示。MUX接口起到隔离网络驱动程序与网络协议的作用。在老式的BSD4.3的驱动模式下，网络驱动程序和协议是紧密联结的，无论协议还是驱动程序都需要了解对方的数据结构。而在新的基于MUX的模式下，驱动程序和协议并不需要了解对方。它们通过MUX接口来通信。例如，在收到一个包后，网络驱动程序并不直接访问协议的数据结构；相反，当准备将数据传给协议层时，它调用一个MUX提供的函数，该函数处理把数据传给协议层的细节。这使得添加一个新的驱动程序或协议十分容易。MUX实现了下面的一套函数集：muxBind()、muxUn-bind()、muxDevLoad()、muxDevUnload()、muxReceive()、muxError()、muxSend()、muxTxRestartRtn()、muxM castAddrDel()、muxMcastAddrGet()、mux-PollSend()、muxMcastAddrAdd()、muxPollReceive()、muxIoctrl()。网络驱动程序和协议都要调用上面的函数，不需要为它们添加任何附加代码。


2.2 END设备驱动程序装载过程

在VxWorks中，END设备驱动程序装载过程可以分为3个步骤，即指定END设备，装载END设备和启动END设备。END设备的指定是通过数组endDevTbl[ ]来完成的，该数组描述了系统中的所有网络设备的装载人口点及其相关参数。系统调用MUX设备装载函数mux-DevLoad()来装载END设备，调用MUX设备启动函数muxDevStart()来启动END设备。网络设备驱动程序的装载过程如图4所示。系统通过usrRoot()函数来调用usrNetInit()函数完成MUX的初始化，装载网络设备表endDevTbl[ ]中描述的所有设备，并将IP协议绑定到网络引导设备上等。



当网络设备产生中断时，VxWorks调用驱动程序先前注册的中断服务程序。中断服务程序应做尽可能少的工作，以完成将数据包从本地网络设备送出／取出的操作。

2.3 文件配置

由于RTL8019兼容NE2000网卡芯片，只需要在其基础上完成必要的修改。首先将Tornado2.2＼target＼src＼drv＼end目录下的ne2000End.c和Tornado2.2＼target＼h＼dry＼end目录下的ne2000End.h拷贝到bsp目录下，然后修改以下文件。

(1) 修改ne2000End.C

①修改头文件包含目录；
②sysIntConnect修改为intConnect；
③sysLanIntEnable修改为intEnable，并修改返回类型void为STATUS。

(2) 修改ne2000End.h

将寄存器地址左移1位，如：
#define ENE_RSTART(0x01<<1)

(3) 修改config.h

添加网络宏定义：
①#define INCLUDE_NETWORK
②#define INCLUDE_END
③#ifdef INCLUDE_END
#undef INCLUDE_SNGKS32C_END
#define INCLUDE_NE2000_END
#endif／*INCLUDE_END*／

(4) 修改configNet.h

在endDevTbl[ ]表中添加新的装载函数(其函数命名格式为xxLoad( ))入口点及相关参数。



(5) 修改Makefile

添加MACH_EXTRA=ne2000End.o

(6) 修改sysLib.c

①添加MAC地址定义：
unsigned char ne2000EnetAddr[]=ETHERNET_MAC_ADRS；
②添加 sysInByte、sysOutByte、syslnWordString和sysOutWordString函数。
③在sysHwInit()中添加CPU端口初始化：



④在sysHwInit()中添加RTL8019芯片的复位和初始化函数。相关代码如下(有关寄存器的宏定义请参照RTL8019数据手册)：





结 语

本文在VxWorks嵌入式实时操作系统下，提出了网络接口的解决方案，即以ARM7(S3C44B0)为核心CPU，控制网络控制器TRL8019实现网络通信。本文首先简单介绍了几款主要芯片，给出了硬件原理图；然后简要分析了VxWorks下的网络协议和驱动装载过程；最后，针对此网络接口，详细列出了VxWorks下文件配置过程，提供了部分软件源程序，对开发人员有一定的参考价值。