嵌入式MICREL网卡驱动设计

摘要：文中在HEROS嵌入式操作系统中，利用开放源代码的TCP／IP协议栈，在MICREL芯片组成的网卡架构的基础上，详细描述了添加网卡底层驱动程序的步骤，探讨并实现了驱动程序的开发。
关键词：网卡驱动；嵌入式操作系统；MICREL

目前随着互联网的发展，越来越多的电子设备已经将网络接入功能作为其默认配置，以实现设备的远程监控和信息分布式处理。TCP／IP协议栈在很多应用中已经证明了其稳定性，所以在实际应用中主要解决移植和编写网卡的底层驱动程序的问题，本文讨论的是MICREL网卡驱动在HEROS系统中的实现，该款芯片为8851，有两个完全独立的网卡电路实现。

1 网卡与HEROS概述
网卡驱动完成的工作是正常发送以及接收网络数据包。Micrel网卡驱动程序对于操作系统而言是一组子程序，它屏蔽了底层的硬件处理细节，同时向上层软件提供接口。驱动程序将要发送的数据包按指定格式写入芯片并启动发送命令，然后Micrel网卡内部处理单元会自动把数据包转换成物理帧格式在物理信道上传输。反之，Micrel网卡收到物理信号后将其还原成数据，按指定格式存放在芯片缓冲区中以便主机程序取用。
由于Micrel网卡在HEROS系统中的设计采用的是外扩设计，所以图1中Micrel网卡模块的位置相应地就位于HEROS操作系统以外，以体现其外扩特性。

2 硬件设计
2．1 网卡硬件特点
KSZ8851整合了一个快速以太网MAC／PHY与一个8／16／32位的普通主机处理器接口和SPI接口。该设备拥有在RXQ和TXQ之间进行共享的18KB内部缓冲存储器。该缓冲存储器在接收队列的缓存容量是12KB，而在发送队列则是6KB。凭借引脚与麦瑞半导体现有的KSZ8841MQL和KSZ8842MQL系列兼容，该设备可提供80Mbps或更高的性能。该解决方案支持大端(Big—Endian)和小端(Little—Endian)处理器，还支持IPv4／IPv6 checksum生成与校验。这些功能大大减少了对CPU的使用，并提高了系统整体性能。通过能量检测模式、可编程的3．3V／2．5V／1．8V IO选项以及一个零下40摄氏度至85摄氏度的工作温度范围，KSZ8851还为设计师提供了更强的功率管理功能。最后，该设备以多种封装形式推出，包括128引脚PQFP封装、48引脚LQFP封装和32引脚QFN封装。
2．2 网卡初始化
为正常使用网卡收发数据功能，首先需要对Micrel网卡进行初始化。初始化工作应在网卡正常工作前完毕，所以应在HEROS系统初始化过程中一并完成Micrel网卡的初始化工作。下面这个函数是写命令用的：

2．3 发送处理函数
首先，在网卡初始化时，就需要设置一些有关发送数据的发送寄存器，然后，网卡才能正常发送数据。Mierel网卡发送寄存器的初始化框图如图2所示。

在网卡发送模式正确初始化后，即可进行数据发送操作。首先用户层发出发送数据的请求，然后该请求通过HEROS系统协议栈发给MICREL网卡驱动层，最后发出数据。发送前要注意：
(1)此时该网卡没有在接收数据包，否则会引起时序混乱，导致网卡最后失效，所以在发送的时候要去判断信号量micrel_int_1_flag是否为0，如果为0，则可以发送，为1则表明此时正在接收数据包，不可以发送。
(2)发送长度要以四个字节对齐。GET_4BYTES_AUGNMENT(uOrgPktLen，len)；
实际发送长度为len。
2．4 接收处理函数
Micrel网卡接收寄存器的初始化框图如图3所示。在网卡接收模式正确初始化后，即可进行数据接收操作。首先用户层发出接收数据的请求，然后该请求通过HEROS系统协议栈发给MICREL网卡驱动层，最后接收数据。接收时需注意：

(1)首先要从帧头中获取帧长度byte_count，最大为1518，并且必须把byte_count按4个字节对齐；
(2)其次要将Micrel芯片的接收中断关闭，接收完毕后，再打开接收中断。
(3)注意帧开始的2个字节和最后4个字节不要读到接收缓冲区。

3 结束语
本文介绍了以HEROS为核心、KS8851作为网络接口芯片的终端接口，通过TCP／IP协议栈与本文讨论的网卡驱动，用ping ip地址命令可以得到ICMP reply响应。MICREL芯片具有性价比高、连接方便等特点，是进行嵌入式以太网终端设计时的主要控制芯片之一。