网络控制器DM9000A在嵌入式系统中的应用

摘要：介绍网络接口芯片DM9000A与ARM处理器AT91RM9200之间的硬件接口设计，实现了在嵌入式Linux系统中网络驱动开发。

关键词： DM9000A；Linux；嵌入式系统；网络驱动

贾东耀：工程师，研究方向为嵌入式系统、计算机测控技术。

引言

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。二者的接口设计如图1。

图1  DM9000A与AT91RM9200硬件连接

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(图2)：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。

图2  Linux网络驱动体系结构

设计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。