基于ARM和DM9000的网卡接口设计与实现

1 引言

要实现小型嵌入式设备的Internet接入，TCP/IP首先要解决的是底层硬件问题，即协议的物理层。Ethernet具有成熟的技术、低廉的网络产品、丰富的开发工具和技术支持，当现场总线的发展遇到阻碍时，以太网控制网络技术以其明显的优势得到了迅猛的发展，并逐渐形成了现场总线的新标准——Ethernet。考虑到国内局域网大部分是以太网，随着交换式网络、宽带网络的发展，基于以太网的嵌入式设备Internet接入应用有着现实意义。

在现有嵌入式系统中，大多数选用的是10Mb/s的以太网卡，其传输速率慢，已不能再适应现在人们的要求。而其它10/100Mb/s网卡芯片或工艺复杂或成本较高，不适应工业制造。而DM9000是完全综合的、成本较低的单一快速以太网控制器芯片，具有通用的处理器接口。它被设计为低功耗、高处理性能，而其设计又非常简单，所以可以容易的完成不同系统的软件驱动开发。

DM9000——DAVICOM公司的10/100Mb/s自适应以太网芯片。其特点是：支持8位、16位、32位数据总线宽度；寄存器操作简单有效，有成熟的Linux驱动程序支持；3.3V接口电平；成本相当低廉；还可以使用MII接口和PHY芯片连接。

2 DM9000与S3C2410的连接

2.1 硬件整体电路设计

硬件上要完成DM9000与ARM芯片S3C2410三大总线连接，以及DM9000与以太网水晶接头RJ45的连接。基于ARM 嵌入式系统和以太网的接口如图1。

                                  图1 ARM 嵌入式系统与以太网的接口电路示意图

2.2 DM9000与S3C2410连接

实现DM9000与S3C2410连接，必须对两者间的数据、地址、控制三大总线进行连接和转换。S3C2410是32位微处理器，有32根地址线，支持4GB存储空间。其中0—40000000的1G空间被分为8块128M 空间，分别由NGCS0—NGCS7片选。DM9000为16位以太网控制芯片。图2给出了S3C2410与DM9000的连接方法。

                                   图2 S3C2410与DM9000的逻辑连接

对DM9000读写操作，首先对DM9000正确寻址。AEN (地址允许)是输入引脚片选信号。SA4～SA9是地址总线4～9位，当AEN低且SA9和SA8高，而SA7、SA6、SA5、SA4为低时，则DM9000被选中。

                                图3 S3C2410与DM9000的连接电路

DM9000 默认I/0 基地址为300H。CMD 引脚用于设置COMMAND 模式，CMD为高时，选择数据端口。CMD为低时，选地址端口。数据端口和地址端口的地址码由下式决定：

DM9000地址端口=高位片选地址+300H+0H

DM9000数据端口=高位片选地址+300H+4H

其中，高位片选地址由S3C2410的NGCS3提供，即为：0X100000000H。

实际设计电路如图3所示，其中nWAIT为读写等待信号。由于在S3C2410中以太网卡的中断为9号中断，所以 EINT9_ETHERNET为中断信号。RESET为网卡芯片重启信号。25MHz OSCILLATOR为芯片提供25MHz的工作频率。（在本图中省去了S3C2410芯片）SD0～SD15数据总线与S3C2410的数据总线连接。

3 DM9000驱动程序描述

3.1 驱动程序整体设计

Linux网络驱动程序的体系结构可划分为从上到下依次为网络协议接口、网络设备接口层、提供实际功能的设备驱动功能层以及网络设备媒介层。Linux内核中提供了网络设备接口级别以上层次的代码，所以移植（或编写）特定网络硬件的驱动程序最主要的工作就是完成设备驱动功能层，主要包括数据的接收、发送等控制。在Linux中所有网络都抽象为一个接口，由结构体 net_device来表示网络设备在内核中的运行情况，即网络设备接口。它既包括了网络设备接口，如回环（loopback）设备，也包括了硬件网络设备接口，如以太网卡。

驱动程序运行时，操作系统先调用检测例程以发现安装的网卡，如网卡支持即插即用，检测例程自动发现网卡参数。否则，驱动程序运行前，设置好网卡参数供驱动程序使用。核心发送数据时，调用驱动程序的发送例程。将数据写入空间，再激活物理发送过程。面向物理层接口程序中断处理例程。当网卡接收数据、发送过程结束或出错时，网卡产生中断，核心调用中断处理例程，再判断中断发生原因，并进行处理。

驱动程序流程如图4，分为主程序和中断服务程序，主程序进行DM9000的初始化和网卡检测、网卡参数获取。中断服务程序以程序查询方式识别中断源，完成相应处理。具体分别如图4(a)和(b)。