以太網(wǎng)控制器的嵌入式設(shè)備網(wǎng)絡(luò)互連
出處：fsclub 發(fā)布于：2007-05-25 10:33:25
| 摘 要： RTL8019AS以太網(wǎng)(Ethernet)控制器在電子設(shè)備日趨網(wǎng)絡(luò)化的背景下，被廣泛應(yīng)用于各種嵌入式設(shè)備上。本文介紹以太網(wǎng)控制器RTL8019AS的結(jié)構(gòu)；結(jié)合MOTOROLA的嵌入式MPU MC68VZ328，分析RTL8019AS的硬件和軟件的設(shè)計。 |
| 關(guān)鍵詞：RTL8019AS Ethernet 嵌入式網(wǎng)絡(luò) MC68VZ328 |
| 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)硬件、軟件的迅猛發(fā)展，使得網(wǎng)絡(luò)用戶呈指數(shù)增長。在使用通用計算機進行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的同時，各種家電設(shè)備、PDA、儀器儀表、工業(yè)生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)的采集與控制等設(shè)備正在逐漸地走向網(wǎng)絡(luò)化，以便共享互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中龐大的信息資源。以太網(wǎng)經(jīng)過20年的發(fā)展，成為當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中底層鏈接不可缺少的部分。在某些應(yīng)用領(lǐng)域，嵌入式設(shè)備在價格、體積及實時性等方面，有著標準計算機無法比擬的優(yōu)點。嵌入式設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化開發(fā)有著廣闊的前景。在開發(fā)過程中，首先要解決的問題之一就是與以太網(wǎng)的接口問題：如何利用通用計算機的網(wǎng)絡(luò)接口器件應(yīng)用于嵌入式網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)。RTL8019AS以太網(wǎng)接口芯片正好能滿足這一需要，它具有的性價比。以下就幾個方面來詳細討論其具體應(yīng)用。 |
| 一、RTL8019AS以太網(wǎng)控制器簡介 |
| 由臺灣Realtek公司生產(chǎn)的RTL8019AS 以太網(wǎng)控制器，由于其優(yōu)良的性能、低廉的價格，使其在市場上10Mbps網(wǎng)卡中占有相當(dāng)?shù)谋壤?br> |
| 1.主要性能 |
| (1)適應(yīng)于Ethernet II 、IEEE802.3 、10Base5、10Base2、10BaseT； |
| (2)支持8位、16位數(shù)據(jù)總線； |
| (3)全雙工，收發(fā)可同時達到10Mbps的速率，具有睡眠模式，以降低功耗； |
| (4)內(nèi)置16KB的SRAM，用于收發(fā)緩沖，降低對主處理器的速度要求； |
| (5)可連接同軸電纜和雙絞線，并可自動檢測所連接的介質(zhì)； |
| (6)100 腳的TQFP封裝，縮小PCB尺寸。 |
| 2.內(nèi)部結(jié)構(gòu) |
| 按數(shù)據(jù)鏈路的不同，可以將RTL8019AS內(nèi)部劃分為遠程DMA(remote DMA)通道和本地DMA(local DMA)通道兩個部分。本地DMA完成控制器與網(wǎng)線的數(shù)據(jù)交換，主處理器收發(fā)數(shù)據(jù)只需對遠程DMA操作。當(dāng)主處理器要向網(wǎng)上發(fā)送數(shù)據(jù)時，先將一幀數(shù)據(jù)通過遠程DMA通道送到RTL8019AS中的發(fā)送緩存區(qū)，然后發(fā)出傳送命令。RTL8019AS在完成了上一幀的發(fā)送后，再完成此幀的發(fā)送。RTL8019AS接收到的數(shù)據(jù)通過MAC比較、CRC校驗后，由FIFO存到接收緩沖區(qū)，收滿一幀后，以中斷或寄存器標志的方式通知主處理器。原理框圖如圖1所示。 |
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圖1 RTL8019AS原理框圖 |
| 在圖1中，接收邏輯在接收時鐘的控制下，將串行數(shù)據(jù)拼成字節(jié)送到FIFO和CRC；發(fā)送邏輯將FIFO送來的字節(jié)在發(fā)送時鐘的控制下逐步按位移出，并送到CRC；CRC邏輯在接收時對輸入的數(shù)據(jù)進行CRC校驗，將結(jié)果與幀尾的CRC比較，如不同，該幀數(shù)據(jù)將被拒收，在發(fā)送時CRC對幀數(shù)據(jù)產(chǎn)生CRC，并附加在數(shù)據(jù)尾傳送；地址識別邏輯對接收幀的目的地址與預(yù)先設(shè)置的本地物理地址進行比較，如不同且不滿足廣播地址的設(shè)置要求，該幀數(shù)據(jù)將被拒收；FIFO邏輯對收發(fā)的數(shù)據(jù)作16個字節(jié)的緩沖，以減少對本地DMA請求的頻率。 |
| 3．?dāng)?shù)據(jù)幀的組成 |
| 標準的IEEE 802.3數(shù)據(jù)包由以下幾個部分組成：前導(dǎo)位(preamle)、幀起始位(SFD)、目的地址(destination)、源地址(source)、數(shù)據(jù)長度(length)、數(shù)據(jù)(data)、幀校驗字(FCS)。如圖2所示，數(shù)據(jù)場的個數(shù)可從46B(Byte)~1500B(Byte)，如一組要傳送的數(shù)據(jù)為46Byte，就用零補足；超過1500Byte時，需要拆成多個幀傳送。前導(dǎo)位、幀起始位和幀校驗字僅供控制器本身用，主處理器收到的數(shù)據(jù)幀的組成依次包括：接收狀態(tài)(1Byte )、下一幀的頁地址指針(1Byte)、目的地址(6Byte)、源地址(6Byte)、數(shù)據(jù)長度/幀類型(2Byte)、數(shù)據(jù)場。數(shù)據(jù)長度/幀類型的值小于或等于1500Byte時，表示數(shù)據(jù)場的長度；反之，表示數(shù)據(jù)幀的類型。如值依次為 0x08,0x00，表示數(shù)據(jù)場為IP包；值依次為0x08,0x06 ,表示數(shù)據(jù)場為ARP包。 |
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圖2 IEEE802.3幀的組成 |
| 4.RTL8019AS的DMA操作 |
| RTL8019AS 是針對PC機的ISA總線設(shè)計的。如運用于嵌入式設(shè)備中，則在硬件和軟件的設(shè)計上應(yīng)有一些特殊性。嵌入式設(shè)備的主處理器可通過其映射到16個I/O地址上的寄存器來完成對RTL8019AS的操作。其寄存器地址如表1所列。 |
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| 需要指明的一點是，RTL8019AS的DMA與平時所說的DMA有點不同。RTL8019AS的local DMA操作是由控制器本身完成的，而其remote DMA 并不是在無主處理器的參與下，數(shù)據(jù)能自動移到主處理器的內(nèi)存中,它的操作機制是這樣的：主處理器先賦值于romote DMA 的起始地址寄存器RSAR0、RSAR1和字節(jié)計數(shù)器RBCR0、RBCR1,然后在RTL8019AS的DMA I/O地址上讀寫指定地址上的數(shù)據(jù)。 |
| RTL8019AS內(nèi)置的16KB 的SRAM可劃分為接收緩沖和發(fā)送緩沖兩個部分。緩沖以頁為單位，每頁256個字節(jié)，16KB的SRAM的頁范圍規(guī)定在0x40~0x80，由PSTART 和PSTOP寄存器來設(shè)定接收緩沖頁的范圍；由RSAR0、1和RBCR0、1寄存器來設(shè)定發(fā)送緩沖頁的范圍。CURR指向接收到的幀的起始頁，Boundary指向還未讀的幀的起始頁。當(dāng)CURR到達了接收緩沖頁的底部，即與PSTOP相等時，CURR又會自動指向到PSTART處。與DMA有關(guān)的寄存器如圖3所示。 |
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圖3 與DMA有關(guān)的寄存器 |
| 二、基于RTL8019AS的嵌入式設(shè)備網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)計方案 |
| 1.RTL8019AS的硬件電路設(shè)計 |
| 目前局域網(wǎng)常見的是采用雙絞線為通信介質(zhì)。圖4為MOTOROLA的龍珠(Dragonball)處理器MC68VZ328(以下簡稱VZ328)和RTL8019AS的接口電路。RTL8019AS的工作電壓為5V，而VZ328的工作電壓為3.3V，所以RTL8019AS的輸出需要電平的轉(zhuǎn)換。在圖4中，此電壓的轉(zhuǎn)換由U2 74F163245 完成。讀數(shù)據(jù)時，D[0:15]數(shù)據(jù)經(jīng)U2 送到VZ328；寫數(shù)據(jù)時，D[0:15]送到RTL8019AS。 RTL8019AS在復(fù)位的上升沿鎖定IOCS16腳的電平，其值決定數(shù)據(jù)總線的寬度：高電平時為16位總線方式，低電平時為8位總線方式。如掛接到８位主設(shè)備上，將以27kΩ的電阻下拉置地，D[8:15]空懸。為提高收發(fā)速度，圖4采用16位數(shù)據(jù)總線方式。由于RTL8019AS沒有外接初始化的EPROM，故其復(fù)位時命令寄存器(CR)的I/O地址的值為缺省值0X300，所以，為滿足RTL8019AS的ISA時序，A5~A19的連接必須使其地址鎖定在0X300，否則，就無法訪問到RTL8019AS的寄存器。INT0中斷腳經(jīng)電平轉(zhuǎn)換U4接到VZ328的IRQ6。VZ328以片選腳尋址RTL8019AS，接其端。在程序中，以I/O方式訪問RTL8019AS，所以僅需要A[0:4]地址線，、接高電平關(guān)閉其MEMORY方式。 |
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圖4 RTL8019AS與68VZ328接口電路 |
| 2.RTL8019AS的軟件編程 |
| 對RTL8019AS的軟件操作，有查詢和中斷兩種方式。在查詢方式下，主程序通過CURR和Boundary兩個寄存器的值來判斷是否收到一幀數(shù)據(jù)。當(dāng)Boundary與CURR不等時，說明接收緩沖區(qū)接收到了新的幀，主程序讀取數(shù)據(jù)后，以讀取幀的第二個字節(jié)(下一幀的頁地址)更新Boundary，主程序循環(huán)跟蹤CURR和Boundary達到數(shù)據(jù)的接收目的。主程序在發(fā)送一幀數(shù)據(jù)時，先要查TSR寄存器判斷上一幀是否發(fā)送完畢。在實時多任務(wù)的環(huán)境，一般采用中斷方式來處理RTL8019AS的收發(fā)。圖5是一典型的中斷處理程序(ISR)的流程。當(dāng)主程序響應(yīng)RTL8019AS的中斷時，在ISR的入口，根據(jù)讀取的中斷狀態(tài)寄存器(ISR)的值來確定程序的走向。 |
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圖 5 ISR流程圖 |
| 參考文獻 |
| 1 COMER DOUGLAS E. 用TCP/IP進行網(wǎng)際互連. 林瑤等譯.北京：電子工業(yè)出版社 |
| 2 RTL8019AS datasheet. https://www.realtek.com.cn |
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3 MC68VZ328 datasheet. https://www.mot.com 4RTL8019AS datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/RTL8019AS_1096173.html. |
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