LPC23xx的自適應以太網通信接口設計

　　以太網接口是嵌入式系統進行以太網通信的硬件基礎。隨著微電子技術的進步，許多嵌入式控制芯片集成了以太網控制器，這使得嵌入式系統中以太網接口的開發更為便利[1]。LPC23xx是NXP半導體公司(由Philips公司創建)于2006年12月前后推出的基于ARM7TDMIS內核的微控制器，與LPC21xx和LPC22xx相比，最為突出的特點是片上集成了10Mbps/100 Mbps以太網控制器。

　　1 LPC23xx以太網控制器的結構和配置

　　如圖1所示，LPC23xx以太網接口主要部分的功能如下[2]：

圖1 LPC23xx以太網接口示意結構框圖

　　① 控制寄存器，用于配置以太網控制器的工作方式、讀取控制器的當前狀態等；

　　② 總線接口，AHB總線與以太網控制器進行數據交換的接口；

　　③ 接收/發送DMA，實現接收/發送緩沖區到總線接口的批量數據傳輸；

　　④ 接收/發送緩沖區，與DMA協同工作，暫存接收/發送的數據；

　　⑤ 發送流量控制，在網絡負載過大時插入以太網暫停幀以控制網絡流量；

　　⑥ 接收過濾器，濾除以太網幀的控制部分，提取有效的數據；

　　⑦ MII(介質無關接口)/RMII(裁減的介質無關接口)，與外部PHY設備按規定的時序進行實時數據通信的接口；

　　⑧ MMII(MII管理接口)，配置PHY設備的工作方式，讀取PHY設備的當前狀態信息。

　　在使用LPC23xx的以太網控制器之前，用戶須將正確的配置信息寫入圖1中的控制寄存器。其步驟如下：

　　① 清除LPC23xx以太網控制器的軟件復位狀態；

　　② 通過MMII對PHY設備進行正確的配置；

　　③ 選擇與PHY設備的通信接口(RMII或MII)，受芯片尺寸所限，NXP已推出的LPC 2364、LPC2366、LPC2368和LPC2378只有RMII的引腳；

　　④ 配置DMA引擎和收發緩沖區的首地址及長度；

　　⑤ 配置以太網接口的MAC(介質存取控制)地址，選擇以太網速率(10 Mbps或100 Mbps)；

　　⑥ 使能接收/發送通道。

　　在以上6個步驟中，較為關鍵是對接收/發送緩沖區的配置(步驟④)，以下為詳細的配置過程。為不影響以太網接口數據傳輸的實時性，一般選取LPC23xx以太網控制器專用的16KB RAM作為收/發緩沖區的物理載體。按以太網幀的結構，可將收/發緩沖區分別劃分為若干個相對獨立的緩沖單元(也可以不劃分)，每個單元對應著一個或多個描述符和狀態符。描述符用來設置對應部分的首地址和控制信息，狀態符存儲著對應單元最新的狀態信息。這些描述符和狀態符在邏輯上分別組成一個環形陣列：描述符環形陣列的首地址由RxDescriptor(接收描述符基址寄存器) /TxDescrip tor(發送描述符基址寄存器)指定，大小由RxDecriptorNumber(接收描述符寄存器數量) /TxDescriptorNumber(發送描述符寄存器數量)指定；狀態符的陣列首地址由RxStatus(接收狀態基址寄存器) / TxStatus(發送狀態基址寄存器)指定，大小與描述符陣列相同。在描述符陣列和狀態符陣列形成后，就可以通過RxProducerIndex(接收產生索引寄存器) /TxProducerIndex(發送產生索引寄存器)、RxConsumerIndex(接收消耗索引寄存器) /TxConsumerIndex(發送消耗索引寄存器)對描述狀態符陣列進行操作而實現數據的收/發。

　　2 網絡數據接收和發送的控制

　　NXP公司在LPC23xx的用戶指南(參考文獻[2])中對其以太網控制器中數據的接收和發送有較為詳細的介紹；但沒有涉及描述符和狀態符的環形陣列的概念，接收和發送的控制過程較為機械，本文在實際工程應用的基礎上對此做了改進。以發送為例，圖2為一個連續發送過程，將發送緩沖區分為4個單元，0和4、1和5、2和6、3和7是與這4個單元對應的描述符。發送過程如下：

　　① 如果上次數據發送完畢，就得到圖2(a)所示的狀態，此時TxProducerIndex=TxConsumerIndex

　　② 將要發送的數據寫入4個緩沖單元中，將TxProduceIndex更新為4TxProducerIndex，即為圖2(b)所示的狀態，此后數據開始發送；

　　③ 等待上次發送結束(用中斷或查詢均可以實現等待)，得到圖2(c)數據發送完畢的狀態；

　　④ 若有后續的數據要發送，再將數據寫入4個緩沖單元中，將TxProducerIndex更新為4TxProducerIndex，就得到圖2(d)所示的狀態，此后數據開始發送；

　　⑤ 重復以上過程，就得到了圖2所示的連續發送過程。

圖2 LPC23xx以太網控制器的連續發送過程