基于ARM LPC2210的以太網RTL8019AS驅動系統設計

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Email：jibo.tiger@gmail.com

開發環境硬件環境：LPC2200

操作系統：UC/OS-II操作系統

編譯環境：ADS1.2

Update-Time: 2011年2月28日星期四

Tiger聲明：本人鄙視直接復制本人文章而不加出處的個人或團體，

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一．系統硬件概述

1.1.ARM LPC2210芯片簡介

LPC2210是Philips公司推出的微處理器，帶有16 KBRAM，76個通用I／O口，12個獨立外部中斷引腳，集成有8通道的10位A／D，能夠基于芯片設計復雜的系統。

1.2.RTL8019AS芯片簡介

?RTL8019AS是臺灣Realtek半導體公司生產的以太網控制器，其性能包括：支持EthernetII和IEEE802．3標準；支持8／16位數據總線；內置16 KWord的SRAM；全雙工，收發同時達到10 Mb／s；支持BNC，AUI，UTP介質。RTLS019AS可提供100腳的TQFP封裝，減少了PCB面積，更適合于嵌入式系統。

1.3.HR901170A芯片簡介

HR901170A是漢仁電子有限公司生產的RJ45接口連接器(帶網絡變壓器／濾波器)，該連接器滿足IEEES02．3和IEEE902．3ab標準，能夠較好地抑制電磁干擾。通過HR901170A系統就可以連接到以太網上。

注：RTL8019AS與網絡介質之間的連接由Rj45接頭HR901170A完成。

二RTL8019AS芯片工作原理

2.1RTL8019AS寄存器及其映射方式

?RTL8019AS寄存器采用內存映射的方式。映射地址根據具體的硬件連接方式不同而不同。在LPC2210開發板中RTL8019AS在CPU的存儲空間上映射的基地址為0X83400000。

?LPC2210通過16位DMA方式實現對RTL8019AS雙口RAM的訪問，另外使用P0.8控制RTL8019AS芯片復位，使用以太網接口時必須將P0.8設置為輸出模式，并且將跳線器JP8_NET_RST短接。RTL8019AS芯片中的中斷輸出與P0.9(EINT3)相連，當需要使用RTL8019AS中斷時必須將P0.9設置為EINT3功能，并且將跳線器JP8_NET_INT短接。

2.2RTL8019AS內部結構及工作原理

1>RTL8019AS芯片內部具有一個16Kbytes的雙口RAM作為數據FIFO,它從邏輯上可劃分為64個256字節的頁,每一個頁面包括16個寄存器，每個寄存器均是8位。在不同的頁面下，同一個端口對應不同的寄存器。

2>一般將RAM的前12頁(即0X4000~0X4bff)存儲區作為發送緩沖區；后52頁(即0x4c00~0x7fff)存儲區作為接收緩沖區；頁的地址就是地址的高8位（即0x40~0x4b;0x4c~0x7f）；第0頁叫Prom頁，只有32字節，地址為0x000~0x001f,用于存儲以太網物理地址。

說明：

?寄存器和內置RAM是網卡功能實現的載體，驅動程序也是通過對它們的操作完成CPU所指令的任務。驅動程序所涉及的寄存器主要在Page0和Page1。

?至于內置RAM，在Jumper模式下我們只需要關心其收發緩存部分。偏移地址從0x4000開始至0x7FFF的16KB RAM區域構成8019的收發緩存，它以256字節為單位劃分為64頁(Page)，頁地址為0x40 ~ 0x7F，發送和接收緩存所分配的頁數可以由驅動程序設定。一種比較常見的分配方式為[0x40,0x4C)用作發送，[0x4C,0x80)用作接收，這也是本例所采用的配置。

3>接收和發送數據包是通過DMA讀寫RTL8019AS內部的16K B RAM,它是雙端口的RAM,即有兩套總線連接到該RAM。

如圖2：

?一套總線是RTL8019AS讀或寫該RAM,即本地DMA;

?另一套總線是LPC2210讀或寫該RAM,即遠程DMA。

4>本地DMA大部分工作由RTL8019AS自動完成，驅動程序只需要在初始化RTL8019AS時設置緩沖環的大小(最大不超過64KB)，即寄存器PSTRT和PSTOP的值，同時使PSTART=BNRY(邊界寄存器)=CURR+1(當前頁面指針寄存器)。

5>遠程DMA操作由外部微處理器完成，RTL8019AS有遠程讀(Remote Read)，遠程寫(Remote Write)和包發送(Send Packet)三種工作模式，由命令寄存器(CR)中的RD0，RD1和RD2位控制。其中遠程讀和遠程寫的工作相似，都是先賦值遠程DMA的起始地址寄存器(RSAR0,RSAR1)和遠程DMA字節計數器(RBCR0,RBCR1),然后在RTL8019AS的遠程DMA端口讀寫即可。包發送操作用于數據發送，只需要發送一個包發送命令，就可以在RTL8019AS的遠程DMA端口讀取RAM中接收的數據。當執行這個指令時，RTL8019AS就自動設置了起始地址寄存器和字節計數器，邊界寄存器(BNRY)指向下一個數據幀。

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關于具體的寄存器功能請大家查看RTL8019AS的數據手冊。

三以太網驅動系統設計說明

3.1以太網驅動系統概述

以太網RTL8019AS驅動系統的內容是完成對芯片初始化，接收數據包和發送數據包模塊的編寫。發送數據包時，驅動程序把要發送的數據按指定格式寫入芯片并啟動發送命令，RTL8019AS會自動把數據轉換成物理幀格式在物理信道上傳輸。反之，當接收數據報時，RTL8019AS收到物理信號后將其還原成數據，按指定格式存放在RAM中，以便主機程序取用。驅動程序通過控制RTL8019AS內部寄存器以及DMA端口，來實現芯片初始化，接收數據報和發送數據報的任務。

3.2 RTL8019AS以太網驅動系統的組成

?芯片初始化模塊：初始化模塊是針對以太網RT8019AS進行的初始化設置，使其能正常芯片復位，設置芯片寄存器及啟動芯片。

?發送數據報模塊：所有的數據發送都要通過該模塊發送

?接收數據報模塊：查詢是否有新數據包并接收進緩沖區

?寫數據子模塊：把數據寫入RTL8019AS芯片中

?讀數據子模塊:從RTL8019AS中把數據讀出

?設置芯片物理地址子模塊:將物理地址寫入RTL8019AS(PAR0~PAR5)寄存器中。

?頁面切換模塊：頁面切換功能,可選擇0,1,2三頁,第四頁作為芯片保留。

四．芯片初始化模塊

4.1芯片初始化模塊的功能

初始化LPC2210與設備相關的控制管腳和初始化RTL8019AS相關控制寄存器

4.2芯片初始化模塊的組成

1>選擇引腳：

使用P0.8引腳控制RTL8019AS芯片復位時,要將P0.8設置為輸出模式

2>復位芯片

?設置P0.8為輸出高電平，控制RTL8019AS硬件復位

?向RTL8019AS的0x1f號寄存器寫入00使RTL8019AS軟件復位。

3>使RTL8019AS芯片停止

配置命令寄存器(CR):配置CR寄存中的RD2,RD1,RD0三位為100使DMA為停止模式，配置STA,STP位為01。使8019芯片停止，為進行寄存器設置做準備。

4>設置RTL8019寄存器

設置RTL8019AS芯片寄存器,主要完成對以下幾個寄存器的初始化：

?RBCR0,RBCR1:配置遠程DMA字節計數寄存器

?PSTART:配置接收緩沖區的起始頁地址

?PSTOP:配置接收緩沖區的結束頁的地址

?TPSR:配置發送緩沖區的起始地址

?BNRY:配置邊界寄存器（讀指針）

?CURR:配置當前的接收結束頁地址（寫指針）

1)設置遠程DMA字節計數寄存器(RBCR0,RBCR1)：初始化遠程DMA字節計數器為0

2)設置接收配置寄存器(RCR)和傳輸配置寄存器(TCR)

在配置寄存器時，要與外部網絡斷開（因此設置接收配置寄存器的MON位，和傳輸配置寄存器的LOOPBACK，與外網斷開）。

3)設置數據配置寄存器(DCR):設置FT1,FT0位為10進行FIFO的選擇；設置ARM位為0，使其不發送命令包；設置LS位為1，使其為正常模式；LAS位必須為0；設置BOS位為1，使其為大端格式(即高字節在低地址中)；設置WTS位為1，使其為字長度的DMA傳送(16字節DMA傳送)

4)初始化接收緩沖區容量為：0x4c~0x7f(PSTART=0X4C,PSTOP=0x80)共52個頁。

?設置頁面起始寄存器(PSTART):初始化頁面接收緩沖環的起始地址為0x4c。

?設置頁面終止寄存器(PSTOP)：初始化頁面接收緩沖環的結束地址為0X80。

5)初始化發送緩沖區容量為：0x40~0x4b(TPSR=0X40,BNRY=0X4C)共12頁，可存儲兩個最大以太網數據包。（每一頁256字節，256*12=3072，而一個以太網最大數據包為1518）。

?設置頁面邊界寄存器(BNRY讀指針):初始化頁面最后一次頁面接收緩沖環的地址為0X4C。

?設置頁面傳輸起始寄存器(TPSR):初始化傳輸包的頁面開始地址為0x40。

6)初始化中斷狀態寄存器和中斷屏蔽寄存器。

?設置中斷狀態寄存器(ISR):清除所有中斷標志位。

?設置中斷允許寄存器(IMR):初始化使能OVW(溢出中斷)和PRX（接收包無錯誤中斷）.

7)設置當前頁面寄存器(CURR):設置當前頁面地址為0x4d

注：該寄存器指出首先接收緩沖器頁面地址。這個寄存器用來對數據包的接收（為寫頁指針）。

8)設置組播地址寄存器(MR0~MR7):初始化組播地址為0。

說明：組播地址寄存器用于提供為CRC邏輯提供，組播地址的過濾位。

9)設置芯片物理地址：

調用寫數據子模塊將實際地址寫入MAC地址寄存器（PAR0~PAR05）中。

這些寄存器用于記錄本以太網節點的MAC地址，并用于對比接收包的目標地址是否一致而決定接收還是放棄。

10）設置傳輸配置寄存器(TCR)和接收配置寄存器(RCR)為正常模式，與外部網絡連接

5>設置芯片啟動

6>配置中斷狀態寄存器(ISR)清除所有中斷標志位

4.3芯片初始化模塊的接口

芯片初始化模塊調用了寫數據子模塊，頁面切換子模塊和設置芯片物理地址子模塊

?設置芯片物理地址子模塊:將物理地址寫入RTL8019AS芯片中。

?寫數據子模塊：將數據寫入RTL8019AS芯片中

?頁面切換子模塊：可選擇Page0,Page1,Page3三個頁面。

4.3芯片初始化模塊程序

/****************************Copyright(c)********************

**西安郵電學院

**graduate school

**XNMS實驗室

**Author:冀博

**Time:2011年2月21日

**http://blog.csdn.net/tigerjb

**

****************************Copyright(c)********************/

/**********************************************************

**函數原型:voidInitNic()

**入口參數:無

**返回值:無

**說明:對芯片的工作寄存器進行設置,各個寄存器的用法可參考文檔和

**絡芯片的數據手冊

**********************************************************/

void InitNic(uint8 num)

{

uint8i;

uint8j;

//使P0.8引腳為輸出

IODIR=IODIR|NET_RST;

//向P0.8引腳寫1，硬件復位

IOCLR=NET_RST;

for(i=0;i<200;i++)

{

for(j=0;j<200;j++);

}

IOSET=NET_RST;

for(i=0;i<200;i++)

{

for(j=0;j<200;j++);

}

IOCLR=NET_RST;

for(i=0;i<200;i++)

{

for(j=0;j<200;j++);

}

//軟件復位

WriteToNet(0x1f,0x00);

for(i=0;i<200;i++)

{

for(j=0;j<200;j++);

}

//使芯片處于停止模式,這時進行寄存器設置

WriteToNet(0x00,0x21);

//延時10毫秒,確保芯片進入停止模式

for(i=0;i<200;i++)

{

for(j=0;j<200;j++);

}

page(0);

//設置遠程DMA起始地址寄存器(RBCR0,RBCR1)為0

WriteToNet(0x0a,0x00);

WriteToNet(0x0b,0x00);

//設置接收配置寄存器（RCR)和傳輸寄存器(TCR)

WriteToNet(0x0c, 0xe0);

WriteToNet(0x0d, 0xe2);

//設置數據配置寄存器DCR

WriteToNet(0x0e,0xcb);

//初始化接受緩沖區容量為0X4C~0X7F(PSTART=0X4C,PSTOP=0X80)

WriteToNet(0x01,0x4c);

WriteToNet(0x02,0x80);

//初始化發送緩沖區容量為0X40~0x4b(TPSR=0X40,bnry=0x4c)

WriteToNet(0x03,0x4c);

WriteToNet(0x04,0x40);

/*初始化中斷寄存器（ISR和IMR)清除所有中斷標志位,使能OVW和PRX中斷

*/

WriteToNet(0x07,0xff);

WriteToNet(0x0f,0x11);

//初始化當前頁面寄存器CURR=BNRY+1

page(1);

WriteToNet(0x07,0x4d);

//初始化組播地址寄存器（MR0~MR5)

WriteToNet(0x08,0x00);

WriteToNet(0x09,0x00);

WriteToNet(0x0a,0x00);

WriteToNet(0x0b,0x00);

WriteToNet(0x0c,0x00);

WriteToNet(0x0d,0x00);

WriteToNet(0x0e,0x00);

WriteToNet(0x0f,0x00);

//將物理地址寫入MAC(PAR0~PAR5)寄存器中

SetMacID(NetPort[num].My_Mac);

page(0);

/*設置傳輸配置寄存器（TCR）和接收配置寄存器（RCR）,將芯片設置成正常模式,跟外部網絡連接

*/

WriteToNet(0x0c,0xcc);

WriteToNet(0x0d,0xe0);

//啟動芯片開始工作

WriteToNet(0x00,0x22);

//清除所有中斷標志位

WriteToNet(0x07,0xff);

}