基于S3C4480X的嵌入式以太網接口設計

　　引言

　　在互聯網絡和局域網絡飛速發展的今天，計算機進行網絡互聯的同時，各種家電設備、儀器儀表、工業生產中的數據采集和控制正在走向網絡化。以太網(Ethemet)由于它的普遍性及低廉的接口價格，因而已經作為一種最通用的網絡，廣泛應用于生產和生活中。另一方面，嵌入式設備在價格、體積及實時性等方面是通用計算機無法比擬的，也已廣泛應用于自動化控制、數據采集、通信網絡等領域。因此，嵌入式以太網技術有著廣闊的前景，首先要解決的問題就是嵌入式以太網接口問題。

　　本文基于最常用的嵌入式處理器S3C44B0X和以太網驅動器RTL8019AS來設計了一款嵌入式以太網接口。本設計的特點是，既可僅用于嵌入式以太網驅動設備，方便簡單，又可進行擴展其他模塊，必要時可以移植操作系統，應用于其他復雜領域。本文從RTL8019AS的內部結構工作原理出發，介紹了基于S3C44B0X的硬件接口電路，詳細說明了基于硬件層的驅動程序C語言的設計。

　　1以太網幀結構

　　一個標準的以太網物理傳輸幀由7部分組成：PR(同步位)、SD(分隔位)、DA(目的地址)、SA(源地址位)、TYPE(類型字段)、DATA(數據段)、FCS(幀校驗)。

　　其傳輸幀結構(及各部分長度)如圖1所示。

　　除了數據段的長度不定外，其他部分的長度固定不變。數據段為46～1500字節。以太網規定整個傳輸包的最大長度不能超過1514字節(14字節為DA、SA、TYPE)，最小不能小于60字節。需填充時，填充字符的個數不包括在長度字段中;超過1 500字節時，需拆成多個幀傳送。事實上，發送數據時，PR、SD、FCS及填充字段這幾個數據段由以太網控制器自動產生;而接收數據時，PR、SD被跳過，控制器一旦檢測到有效的前序字段(即PR、SD)，就認為接收數據開始。

　　2芯片簡介

　　S3C44B0X是三星公司使用ARM7TDMI核生產的16/32位RISC(精簡指令集計算機)處理器，它提供了豐富的內置模塊，包括：8 kB Cache和內部SRAM，LCD(液晶顯示器)控制器，2通道的UART，4通道的DMA(直接存儲器存取)，存儲器管理，帶PWM(脈寬調制)的定時器，I/O口，8通道10位的A/D轉換器，IIC、IIS總線，同步SIO接口和PLL(鎖相環)倍頻器，可根據需要進行接口擴展，并且價格低廉，目前已被廣泛應用于嵌入式領域中。

　　RTL8019AS是在嵌入式領域應用廣泛且性價比很高的網絡控制芯片。RTL8019AS的主要性能有：符號EthernetⅡ與IEEE 802.3(10Base5、10Base2、10BaseT)標準;全雙工，收發可同時達到10 Mbit/s的速率;內置16 kB的SRAM，用于收發緩沖，降低對主處理器的速度要求;支持8/16位數據總線，8個中斷申請線以及16個I/O基地址選擇;支持UTP、AUI、BNC自動檢測，還支持對10BaseT拓撲結構的自動極性修正;允許4個診斷LED引腳可編程輸出。

　　RTL8019AS可分為以下幾部分功能模塊：

　　a)遠程DMA接口：處理器與RTL8019AS收發緩沖的連接通道，處理器只需對遠程DMA操作。

　　b)本地DMA接口：RTL8019AS與網線的連接通道，完成控制器與網線的數據交換。

　　c)MAC(介質訪問控制)邏輯：完成對遠程DMA和本地DMA數據包傳輸、中斷的產生等自動控制。

　　d)地址識別邏輯：將接收到的數據幀中的目的地址和地址寄存器中的地址進行比較，判斷其是否為發到本地的幀。

　　e)CRC(循環冗余校驗)產生校驗邏輯：在發送數據時，產生CRC碼，對接收幀進行CRC。

　　f)協議PCA：負責實施以太網規范。

　　RTL8019AS內部有16kB SRAM，分為64頁，256字節/頁，組成環形隊列作為收發緩沖區，只能按頁操作，頁地址從0x4000～0x7FFF。可以通過相關的寄存器讀寫操作，可以對緩沖區進行設置及狀態的讀取。由于接收緩沖區是按頁即256 B來操作的，與緩沖區地址有關的寄存器中只需存儲緩沖區的高16位地址即可。在本設計中，將前32頁(0x400～0x5fff)作為接收緩沖區，將后32頁(0x6000～0x7ff)作為發送緩沖區。

　　RTL8019AS具有32位輸入輸出地址，地址偏移量為00H～1FH。其中，00H～0FH共16個地址為寄存器地址。遠程DMA地址包括10H～17H，都可以用來做遠程DMA端口，只要用其中的一個就可以了。復位端口包括18H～1FH共8個地址，功能相同，用于RTL8019AS復位。RTL8019AS的內部I/O基址是00H，但微處理器要訪問8019的地址卻不是00H，該地址是由處理器與網絡控制器的連線決定的。

　　RTL8019AS寄存器分為4頁，即PAGE0～PAGE3，每一頁的地址偏移量均為0x00～0x1f由RTL8019AS的CR(命令寄存器)中的PS1、PS0位來決定要訪問的頁，每一頁中的寄存器由SA0～SA3尋址。第0頁和第1頁的寄存器很重要，用于數據收發的控制和中斷管理等，使用前必須對其進行配置。第2頁和第3頁只用于診斷和其他一些配置，很少使用。