第7章嵌入式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口

1、第第7章章 嵌入式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口嵌入式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口7.1 以太網(wǎng)接口以太網(wǎng)接口n嵌入式系統(tǒng)通常使用的以太網(wǎng)協(xié)議是IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)。從硬件的角度看，802.3模型層間結(jié)構(gòu)如圖7.1.1所示，以太網(wǎng)接口電路主要由媒質(zhì)接入控制MAC控制器和物理層接口（Physical Layer，PHY）兩大部分構(gòu)成。圖7.1.1 802.3模型層間結(jié)構(gòu)n1傳輸編碼傳輸編碼n在802.3版本的標(biāo)準(zhǔn)中，沒有采用直接的二進(jìn)制編碼（即用0V表示“0”，用5V表示“1”），而是采用曼徹斯特編碼（Manchester Encoding）或者差分曼徹斯特編碼（Differential Manchester Encoding

2、），不同編碼形式如圖7.1.2所示。圖7.1.2 不同編碼形式n其中：曼徹斯特編碼的規(guī)律是：每位中間有一個電平跳變，從高到低的跳變表示為“0”，從低到高的跳變表示為“1”。n差分曼徹斯特編碼的規(guī)律是：每位的中間也有一個電平跳變，但不用這個跳變來表示數(shù)據(jù)，而是利用每個碼元開始時有無跳變來表示“0”或“1”，有跳變表示“0”，無跳變表示“1”。n曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼相比，前者編碼簡單，后者能提供更好的噪聲抑制性能。在802.3系統(tǒng)中，采用曼徹斯特編碼，其高電平為+0.85V，低電平信號為-0.85V，這樣指令信號電壓仍然是0V。n2802.3Mac層的幀層的幀n802.3 Mac層的以太

3、網(wǎng)的物理傳輸幀如表7.1.1所示。n表7.1.1 802.3幀的格式n PR：同步位，用于收發(fā)雙方的時鐘同步，同時也指明了傳輸?shù)乃俾剩?6位的的二進(jìn)制數(shù)101010101010，最后2位是10。 SD：分隔位，表示下面跟著的是真正的數(shù)據(jù)而不是同步時鐘，為8位的10101011。 DA：目的地址，以太網(wǎng)的地址為48位（6個字節(jié)）二進(jìn)制地址，表明該幀傳輸給哪個網(wǎng)卡。如果為FFFFFFFFFFFF，則是廣播地址。廣播地址的數(shù)據(jù)可以被任何網(wǎng)卡接收到。 SA：源地址，48位，表明該幀的數(shù)據(jù)是哪個網(wǎng)卡發(fā)的，即發(fā)送端的網(wǎng)卡地址，同樣是6個字節(jié)。n TYPE：類型字段，表明該幀的數(shù)據(jù)是什么類型的數(shù)據(jù)，不同協(xié)

4、議的類型字段不同。如：0800H表示數(shù)據(jù)為IP包，0806H表示數(shù)據(jù)為ARP包，814CH是SNMP包，8137H為IPX/SPX包。小于0600H的值是用于IEEE802的，表示數(shù)據(jù)包的長度。n DATA：數(shù)據(jù)段，該段數(shù)據(jù)不能超過1500B。因?yàn)橐蕴W(wǎng)規(guī)定整個傳輸包的最大長度不能超過1514E（14B為DA，SA，TYPE）。n PAD：填充位。由于以太網(wǎng)幀傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包最小不能小于60B，除去（DA、SA、TYPE的14B），還必須傳輸46B的數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)不足46B時，后面通常是補(bǔ)0（也可以補(bǔ)其他值）。n FCS：32位數(shù)據(jù)校驗(yàn)位。32位的CRC校驗(yàn)，該校驗(yàn)由網(wǎng)卡自動計(jì)算，自動生成，

5、自動校驗(yàn)，自動在數(shù)據(jù)段后面填入。不需要軟件管理。n 通常，PR、SD、PAD、FCS這幾個數(shù)據(jù)段都是網(wǎng)卡（包括物理層和Mac層的處理）自動產(chǎn)生的，剩下的DA、SA、TYPE、DATA這4個段的內(nèi)容是由上層的軟件控制的。n3以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)n 所有數(shù)據(jù)位的傳輸由低位開始，傳輸?shù)奈涣魇怯寐鼜厮固鼐幋a。n 以太網(wǎng)是基于沖突檢測的總線復(fù)用方法，沖突退避算法是由硬件自動執(zhí)行的。n 以太網(wǎng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)段的長度，DA+SA+TYPE+DATA+PAD最小為60B，最大為1514B。n 通常的以太網(wǎng)卡可以接收3種地址的數(shù)據(jù)，一個是廣播地址，一個是多播地址（或者叫組播地址，在嵌入式系統(tǒng)中很

6、少用到），一個是它自己的地址。但有時，用于網(wǎng)絡(luò)分析和監(jiān)控，網(wǎng)卡也可以設(shè)置為接收任何數(shù)據(jù)包。n 任何兩個網(wǎng)卡的物理地址都是不一樣的，是世界上唯一的，網(wǎng)卡地址由專門機(jī)構(gòu)分n配。不同廠家使用不同地址段，同一廠家的任何兩個網(wǎng)卡的地址也是唯一的。根據(jù)網(wǎng)卡的地址段（網(wǎng)卡地址的前3個字節(jié)）可以知道網(wǎng)卡的生產(chǎn)廠家。n7.1.2 嵌入式以太網(wǎng)接口的實(shí)現(xiàn)方法n在嵌入式系統(tǒng)中增加以太網(wǎng)接口，通常有如下兩種方法實(shí)現(xiàn)：n（1）嵌入式處理器網(wǎng)卡芯片n這種方法只要把以太網(wǎng)芯片連接到嵌入式處理器的總線上即可。此方法通用性強(qiáng)，對嵌入式處理器沒有特殊要求，不受處理器的限制，但是，嵌入式處理器和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換通過外部總線（通常是并行

7、總線）交換數(shù)據(jù)，速度慢，可靠性不高，電路板走線復(fù)雜。目前常見的以太網(wǎng)接口芯片，如CS8900、RTL8019/8029/8039、DM9008及DWL650無線網(wǎng)卡等。n（2）帶有以太網(wǎng)接口的嵌入式處理器n帶有以太網(wǎng)接口的嵌入式處理器通常是面向網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，要求嵌入式處理器有通用的網(wǎng)絡(luò)接口（比如：MII接口），處理器和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換通過內(nèi)部總線，速度快。n7.1.3 在嵌入式系統(tǒng)中主要處理的以太網(wǎng)協(xié)議nTCP/IP是一個分層的協(xié)議，包含有用于層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層等。每一層實(shí)現(xiàn)一個明確的功能，對應(yīng)一個或者幾個傳輸協(xié)議。每層相對于它的下層都作為一個獨(dú)立的數(shù)據(jù)包來實(shí)現(xiàn)。典型的分層

8、和每層上的協(xié)議如表7.1.2所示。n表7.1.2 TCP/IP協(xié)議的典型分層和協(xié)議n1ARP（Address Resolation Protocol，地址解析協(xié)議），地址解析協(xié)議）n網(wǎng)絡(luò)層用32位的地址來標(biāo)識不同的主機(jī)（即IP地址），而鏈路層使用48位的物理（MAC）地址來標(biāo)識不同的以太網(wǎng)或令牌環(huán)網(wǎng)接口。只知道目的主機(jī)的IP地址并不能發(fā)送數(shù)據(jù)幀給它，必須知道目的主機(jī)網(wǎng)絡(luò)接口的物理地址才能發(fā)送數(shù)據(jù)幀。nARP的功能就是實(shí)現(xiàn)從IP地址到對應(yīng)物理地址的轉(zhuǎn)換。源主機(jī)發(fā)送一份包含目的主機(jī)IP地址的ARP請求數(shù)據(jù)幀給網(wǎng)上的每個主機(jī)，稱作ARP廣播，目的主機(jī)的ARP收到這份廣播報文后，識別出這是發(fā)送端在詢問

9、它的IP地址，于是發(fā)送一個包含目的主機(jī)IP地址及對應(yīng)的物理地址的ARP回答給源主機(jī)。n為了加快ARP協(xié)議解析的數(shù)據(jù)，每臺主機(jī)上都有一個ARP cache存放最近的IP地址到硬件地址之間的映射記錄。其中每一項(xiàng)的生存時間（一般為20分鐘），這樣當(dāng)在ARP的生存時間之內(nèi)連續(xù)進(jìn)行ARP解析的時候，不需要反復(fù)發(fā)送ARP請求了。n2ICMP（Internet Control Messages Protocol，網(wǎng)絡(luò)控制，網(wǎng)絡(luò)控制報文協(xié)議）報文協(xié)議）nICMP是IP層的附屬協(xié)議，IP層用它來與其他主機(jī)或路由器交換錯誤報文和其他重要控制信息。ICMP報文是在IP數(shù)據(jù)包內(nèi)部被傳輸?shù)?。在Linux或者Window

10、s中，兩個常用的網(wǎng)絡(luò)診斷工具ping和traceroute（Windows下是Tracert），其實(shí)就是ICMP協(xié)議。n3IP （Internet Protocol，網(wǎng)際協(xié)議），網(wǎng)際協(xié)議）nIP工作在網(wǎng)絡(luò)層，是TCP/IP協(xié)議族中最為核心的協(xié)議。所有的TCP、UDP、ICMP及IGMP數(shù)據(jù)都以IP數(shù)據(jù)包格式傳輸（IP封裝在IP數(shù)據(jù)包中）。IP數(shù)據(jù)包最長可達(dá)65535字節(jié)，其中報頭占32位。還包含各32位的源IP地址和32位的目的IP地址。nTTL（time-to-live，生存時間字段）指定了IP數(shù)據(jù)包的生存時間（數(shù)據(jù)包可以經(jīng)過的最多路由器數(shù)）。TTL的初始值由源主機(jī)設(shè)置，一旦經(jīng)過一個處理它的

11、路由器，它的值就減去1。當(dāng)該字段的值為0時，數(shù)據(jù)包就被丟棄，并發(fā)送ICMP報文通知源主機(jī)重發(fā)。nIP提供不可靠、無連接的數(shù)據(jù)包傳送服務(wù)，高效、靈活。n不可靠（unreliable）的意思是它不能保證IP數(shù)據(jù)包能成功地到達(dá)目的地。如果發(fā)生某種錯誤，IP有一個簡單的錯誤處理算法：丟棄該數(shù)據(jù)包，然后發(fā)送ICMP消息報給信源端。任何要求的可靠性必須由上層來提供（如TCP）。n無連接（connectionless ）的意思是IP并不維護(hù)任何關(guān)于后續(xù)數(shù)據(jù)包的狀態(tài)信息。每個數(shù)據(jù)包的處理是相互獨(dú)立的。IP數(shù)據(jù)包可以不按發(fā)送順序接收。如果一信源向相同的信宿發(fā)送兩個連續(xù)的數(shù)據(jù)包（先是A，然后是B），每個數(shù)據(jù)包都是

12、獨(dú)立地進(jìn)行路由選擇，可能選擇不同的路線，因此B可能在A到達(dá)之前先到達(dá)。nIP的路由選擇：源主機(jī) IP接收本地TCP、UDP、ICMP、GMP的數(shù)據(jù)，生成IP數(shù)據(jù)包，如果目的主機(jī)與源主機(jī)在同一個共享網(wǎng)絡(luò)上，那么IP數(shù)據(jù)包就直接送到目的主機(jī)上。否則就把數(shù)據(jù)包發(fā)往一默認(rèn)的路由器上，由路由器來轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包。最終經(jīng)過數(shù)次轉(zhuǎn)發(fā)到達(dá)目的主機(jī)。IP路由選擇是逐跳（hop-by-hop）進(jìn)行的。所有的IP路由選擇只為數(shù)據(jù)包傳輸提供下一站路由器的IP地址。n4TCP（Transfer Control Protocol，傳輸控制協(xié)議），傳輸控制協(xié)議）nTCP協(xié)議是一個面向連接的可靠的傳輸層協(xié)議。TCP為兩臺主機(jī)提供

13、高可靠性的端到端數(shù)據(jù)通信。它所做的工作包括：n 發(fā)送方把應(yīng)用程序交給它的數(shù)據(jù)分成合適的小塊，并添加附加信息（TCP頭），包括順序號，源、目的端口，控制、糾錯信息等字段，稱為TCP數(shù)據(jù)包。并將TCP數(shù)據(jù)包交給下面的網(wǎng)絡(luò)層處理。n 接受方確認(rèn)接收到的TCP數(shù)據(jù)包，重組并將數(shù)據(jù)送往高層。n5UDP（User Datagram Protocol，用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議），用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議）nUDP協(xié)議是一種無連接不可靠的傳輸層協(xié)議。它只是把應(yīng)用程序傳來的數(shù)據(jù)加上UDP頭（包括端口號，段長等字段），作為UDP數(shù)據(jù)包發(fā)送出去，但是并不保證它們能到達(dá)目的地。可靠性由應(yīng)用層來提供。n因?yàn)閰f(xié)議開銷少，和TCP協(xié)議相比，U

14、DP更適用于應(yīng)用在低端的嵌入式領(lǐng)域中。很多場合如網(wǎng)絡(luò)管理SNMP，域名解析DNS，簡單文件傳輸協(xié)議TFTP，大都使用UDP協(xié)議。n6. 端口端口 nTCP和UDP采用16位的端口號來識別上層的TCP用戶，即上層應(yīng)用協(xié)議，如FTP和TELNET等。常見的TCP/IP服務(wù)都用眾所周知的1255之間的端口號。例如FTP服務(wù)的TCP端口號都是21，Telnet服務(wù)的TCP端口號都是23。TFTP（簡單文件傳輸協(xié)議）服務(wù)的UDP端口號都是69。2561023之間的端口號通常都是提供一些特定的UNIX服務(wù)。TCP/IP臨時端口分配10245 000之間的端口號。n7.1.4 網(wǎng)絡(luò)編程接口nBSD套接字（B

15、SD Sockets）使用的最廣泛的網(wǎng)絡(luò)程序編程方法，主要用于應(yīng)用程序的編寫，用于網(wǎng)絡(luò)上主機(jī)與主機(jī)之間的相互通信。n很多操作系統(tǒng)都支持BSD套接字編程。例如，UNIX、Linux、VxWorks、Windows的Winsock基本上是來自BSD Sockets。n套接字（Sockets）分為Stream Sockets和Data Sockets。Stream Sockets是可靠性的雙向數(shù)據(jù)傳輸，對應(yīng)使用TCP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)；Data Sockets是不可靠連接，對應(yīng)使用UDP協(xié)議傳輸數(shù)。n下面給出一個使用套接字接口的UDP通信的流程。nUDP服務(wù)器端和一個UDP客戶端通信的程序過程：n（1）創(chuàng)

16、建一個Socket：nsFd =socket（AF_INET，SOCK_DGRAM，0）n（2）把Socket和本機(jī)的IP，UDP口綁定：nbind （sFd，（struct sockaddr*）& serverAddr，sockAddrSize）n（3）循環(huán)等待，接收（recvfrom）或者發(fā)送（sendfrom）信息。n（4）關(guān)閉Socket，通信終止：nclose（sFd）n7.1.5 以太網(wǎng)的物理層接口及編程n大多數(shù)ARM都內(nèi)嵌一個以太網(wǎng)控制器，支持媒體獨(dú)立接口（Media Independent Interface MII）和帶緩沖DMA接口（Buffered DMA Int

17、erface，BDI），可在半雙工或全雙工模式下提供10M/100Mbps的以太網(wǎng)接入。在半雙工模式下，控制器支持CSMA/CD協(xié)議；在全雙工模式下，支持IEEE802.3MAC控制層協(xié)議。ARM內(nèi)部雖然包含了以太網(wǎng)MAC控制，但并未提供物理層接口，因此，需外接一片物理層芯片以提供以太網(wǎng)的接入通道。n常用的單口10M/100Mbps高速以太網(wǎng)物理層接口器件均提供MII接口和傳統(tǒng)7線制網(wǎng)絡(luò)接口，可方便地與ARM接口。以太網(wǎng)物理層接口器件主要功能一般包括：物理編碼子層、物理媒體附件、雙絞線物理媒體子層、10BASE-TX編碼解碼器和雙絞線媒體訪問單元等。如CS8900、RTL8019/8029/8

18、039等。nCS8900A是Cirrus Logic公司生產(chǎn)的16位以太網(wǎng)控制器，芯片內(nèi)嵌片內(nèi)RAM10BASE-T收發(fā)濾波器，直接ISA總線接口。該芯片的物理層接口、數(shù)據(jù)傳輸模式和工作模式等都能根據(jù)需要而動態(tài)調(diào)整，通過內(nèi)部寄存器的設(shè)置來適應(yīng)不同的應(yīng)用環(huán)境。nCS8900A采用3V供電電壓，最大工作電流55mA，具有全雙工通信方式，可編程發(fā)送功能，數(shù)據(jù)碰撞自動重發(fā)，自動打包及生成CRC校驗(yàn)碼，可編程接收功能，自動切換于DMA和片內(nèi)RAM，提前產(chǎn)生中斷便于數(shù)據(jù)幀預(yù)處理，數(shù)據(jù)流可降低CPU消耗，自動阻斷錯誤包，可跳線控制EEPROM功能，啟動編程支持無盤系統(tǒng)，邊沿掃描和回環(huán)測試，待機(jī)和睡眠模式，支

19、持廣泛的軟件驅(qū)動，工業(yè)級溫度范圍，LED指示連接狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)活動情況等特點(diǎn)。采用TQFP-100封裝。CS8900A內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖如圖7.1.3所示。圖7.1.3 CS8900A內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖n1CS8900A工作原理工作原理nCS8900A有兩種工作模式：和I/O模式。當(dāng)配置成MEMORY MODE模式操作時，CS8900A的內(nèi)部寄存器和幀緩沖區(qū)映射到主機(jī)內(nèi)存中連續(xù)的4KB的塊中，主機(jī)可以通過這個塊直接訪問CS8900A的內(nèi)部寄存器和幀緩沖區(qū)。MEMORY 模式需要硬件上多根地址線和網(wǎng)卡相連。而在I/O MODE模式，對任何寄存器操作均要通過I/O端口0寫入或讀出。I/O MODE模式在硬件上

20、實(shí)現(xiàn)比較方便，而且這也是芯片的默認(rèn)模式。在I/O模式下，PacketPage存儲器被映射到CPU的8個16位的I/O端口上。在芯片被加電后，I/O基地址的默認(rèn)值被置為300H。n使用CS8900A作為以太網(wǎng)的物理層接口，在收到由主機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)報后（從目的地址域到數(shù)據(jù)域），偵聽網(wǎng)絡(luò)線路。如果線路忙，它就等到線路空閑為止，否則，立即發(fā)送該數(shù)據(jù)幀。在發(fā)送過程中，首先它添加以太網(wǎng)幀頭（包括前導(dǎo)字段和幀開始標(biāo)志），然后生成CRC校驗(yàn)碼，最后將此數(shù)據(jù)幀發(fā)送到以太網(wǎng)上。n在接收過程中，它將從以太網(wǎng)收到的數(shù)據(jù)幀在經(jīng)過解碼、去幀頭和地址檢驗(yàn)等步驟后緩存在片內(nèi)。在CRC校驗(yàn)通過后，它會根據(jù)初始化配置情況，通知主機(jī)

21、CS8900A收到了數(shù)據(jù)幀，最后，用某種傳輸模式（FO模式、Memory模式、DMA模式）傳到主機(jī)的存儲區(qū)中。n2CS 8900A引腳端和功能引腳端和功能nCS 8900A的ISA總線接口引腳端和功能如表7.1.3所示，EEPROM和引導(dǎo)編程接口引腳端和功能如表7.1.4所示，IOBASE-T接口引腳端和功能如表7.1.5所示，附加單元接口AUD引腳端和功能如表7.1.6所示，通用引腳端和功能如表7.1.7所示。引腳類型功能SA0:19I地址總線SD0:15I/O雙向數(shù)據(jù)總線，三態(tài)輸出RESETI復(fù)位輸入端，高電平有效（至少保持400ns）AEN I地址使能，高電平有效MEMRI存儲器讀信號，

22、低電平有效MEMWI存儲器寫信號，低電平有效MEMCS 16O存儲器16位選擇信號，OC（集電極開路）輸出REFRESHI刷新信號，低電平有效。當(dāng)REFRESH為低電平時，MEMR，MEMW，IOR，IOW，DMACK0，DMACKl和DMACK2都被忽略表7.1.3 ISA總線接口引腳端和功能IORII/O讀信號，低電平有效IOWII/O寫信號，低電平有效IOCS 16I16位I/O片選信號，低電平有效IOCHRDYOI/O通道就緒信號，OC（集電極開路）輸出SBHEI系統(tǒng)總線高位使能信號，低電平有效INTRQ0:2O中斷請求信號，三態(tài)輸出DMARQ0:2ODMA請求信號，三態(tài)輸出DMACK

23、0:2IDMA應(yīng)答信號，低電平有效CHIPSELI片選信號，低電平有效表7.1.4 EEPROM和引導(dǎo)編程接口引腳端和功能引腳類型功能EESKIEEPROM時鐘輸入信號EECSIEEPROM片選輸入信號，低電平有效EEDataINIEEPROM數(shù)據(jù)輸入，內(nèi)部上拉ELCSI外部邏輯片選信號，內(nèi)部上拉EEDataOUTOEEPROM數(shù)據(jù)輸出CSOUTO外部引導(dǎo)編程選擇信號輸出，低電平有效表7.1.5 IOBASE-T接口引腳端引腳類型功能TXD+/TXDO數(shù)據(jù)發(fā)送，差分對管輸出RXD/RXDI數(shù)據(jù)接收，差分對管輸入表7.1.6 附加單元接口引腳端和功能引腳類型功能DO/DOOAUI數(shù)據(jù)輸出，差分對

24、管輸出DI/DIIAUI數(shù)據(jù)輸入，差分對管輸入CI/CIIAUI振動輸入，差分對管輸入表7.1.7 通用引腳端和功能引腳類型功能XTAL 1：2I/O晶體振蕩器輸入輸出SLEEPI硬件睡眠控制輸入信號，低電平有效，內(nèi)部上拉LINKLED/HCOO線路正常輸出信號或主控制器輸出0信號，低電平有效，OC（集電極開路）輸出BSTAUTS/HC1O總線狀態(tài)輸出信號或主控制器輸出1信號，低電平有效，OC（集電極開路）輸出LANLEDO網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指示輸出信號，OC（集電極開路）輸出TESTI測試輸入使能信號，低電平有效，內(nèi)部上拉RESI基準(zhǔn)電阻輸入端 DVDD 1:4I數(shù)字電路電源DVSS1:4I數(shù)字電路地

25、AVDD 1:4I模擬電路電源AVSS1:4I模擬電路地3電路連接電路連接采用CS 8900A與S3C2410A連接構(gòu)成的以太網(wǎng)接口電路如圖7.1.4所示。n4CS8900A的以太網(wǎng)接口驅(qū)動程序的以太網(wǎng)接口驅(qū)動程序于明于明n（1）初始化函數(shù)n初始化函數(shù)完成設(shè)備的初始化功能，由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)device中的init函數(shù)指針來調(diào)用。加載網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動模塊后，就會調(diào)用初始化過程。首先通過檢測物理設(shè)備的硬件特征來檢測網(wǎng)絡(luò)物理設(shè)備是否存在，之后配置設(shè)備所需要的資源。比如，中斷。這些配置完成之后就要構(gòu)造設(shè)備的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)device，用檢測到的數(shù)據(jù)初始化device中的相關(guān)變量，最后向Linux內(nèi)核中注冊該設(shè)備并申請內(nèi)存

26、空間。函數(shù)定義為：nstatic int _init init_cs8900a_s3c2410(void)n n struct net_local *lp;n int ret = 0;n dev_cs89x0.irq = irq;n dev_cs89x0.base_addr = io;n dev_cs89x0.init = cs89x0_probe;n dev_cs89x0.priv = kmalloc(sizeof(struct net_local), GFP_KERNEL);nif (dev_cs89x0.priv = = 0) nn printk(KERN_ERR cs89x0.c: O

27、ut of memory.n);n return -ENOMEM;n n memset(dev_cs89x0.priv, 0, sizeof(struct net_local);n nlp = (struct net_local *)dev_cs89x0.priv;n request_region(dev_cs89x0.base_addr, NETCARD_IO_EXTENT, cs8900a);nspin_lock_init(&lp-lock);n /* boy, theyd better get these right */n if (!strcmp(media, rj45)n l

28、p-adapter_cnf = A_CNF_MEDIA_10B_T | A_CNF_10B_T;n else if (!strcmp(media, aui)n lp-adapter_cnf = A_CNF_MEDIA_AUI | A_CNF_AUI;n else if (!strcmp(media, bnc)n lp-adapter_cnf = A_CNF_MEDIA_10B_2 | A_CNF_10B_2;n elsen lp-adapter_cnf = A_CNF_MEDIA_10B_T | A_CNF_10B_T;nif (duplex= = 1)n lp-auto_neg_cnf =

29、AUTO_NEG_ENABLE;n if (io = = 0) n printk(KERN_ERR cs89x0.c: Module autoprobing not allowed.n);n printk(KERN_ERR cs89x0.c: Append io=0 xNNNn);n ret = -EPERM;n goto out;n n if (register_netdev(&dev_cs89x0) != 0) n printk(KERN_ERR cs89x0.c: No card found at 0 x%xn, io);n ret = -ENXIO;n goto out;n n

30、out:n if (ret)n kfree(dev_cs89x0.priv);n return ret;nn在這個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序中，設(shè)備的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)device就是dev_cs89x0。探測網(wǎng)絡(luò)物理設(shè)備是否存在，利用cs89x0_probe函數(shù)實(shí)現(xiàn)，通過調(diào)用register_netdrv（struct net_device*dev）函數(shù)進(jìn)行注冊。n與init函數(shù)相對應(yīng)的cleanup函數(shù)在模塊卸載時運(yùn)行，主要完成資源的釋放工作，如取消設(shè)備注冊、釋放內(nèi)存、釋放端口等。函數(shù)定義為：nstatic void _exit cleanup_cs8900a_s3c2410(void) n if (dev_

31、cs89x0.priv != NULL) n /* Free up the private structure, or leak memory :-) */n unregister_netdev(&dev_cs89x0);n outw(PP_ChipID, dev_cs89x0.base_addr + ADD_PORT);n kfree(dev_cs89x0.priv);n dev_cs89x0.priv = NULL;/* gets re-allocated by cs89x0_probe1 */n /* If we dont do this, we cant re-insmod i

32、t later. */n release_region(dev_cs89x0.base_addr, NETCARD_IO_EXTENT);n nn（2）打開函數(shù)n打開函數(shù)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序中是在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備被激活時調(diào)用，即設(shè)備狀態(tài)由down至up。函數(shù)定義為：nstatic int net_open(struct net_device *dev)nn struct net_local *lp = (struct net_local *)dev-priv;nint ret;n writereg(dev, PP_BusCTL, readreg(dev, PP_BusCTL) & ENABLE_

33、IRQ);n ret = request_irq(dev-irq, &net_interrupt, SA_SHIRQ, cs89x0, dev);n if (ret) n printk(%s: request_irq(%d) failedn, dev-name, dev-irq);n goto bad_out;nnif (lp-chip_type = = CS8900)nwritereg(dev, PP_CS8900_ISAINT, 0);nelse nwritereg(dev, PP_CS8920_ISAINT, 0);nwritereg(dev, PP_BusCTL, MEMORY

34、_ON);nlp-linectl = 0;n writereg(dev, PP_LineCTL,n readreg(dev, PP_LineCTL) | SERIAL_RX_ON | SERIAL_TX_ON);nlp-rx_mode = 0;n writereg(dev, PP_RxCTL, DEF_RX_ACCEPT);n lp-curr_rx_cfg = RX_OK_ENBL | RX_CRC_ERROR_ENBL;nif (lp-isa_config & STREAM_TRANSFER) nlp-curr_rx_cfg |= RX_STREAM_ENBL;nwritereg(d

35、ev, PP_RxCFG, lp-curr_rx_cfg);n writereg(dev, PP_TxCFG,n TX_LOST_CRS_ENBL | TX_SQE_ERROR_ENBL | TX_OK_ENBL |n TX_LATE_COL_ENBL | TX_JBR_ENBL |n TX_ANY_COL_ENBL | TX_16_COL_ENBL);n writereg(dev, PP_BufCFG,n READY_FOR_TX_ENBL | RX_MISS_COUNT_OVRFLOW_ENBL |n TX_COL_COUNT_OVRFLOW_ENBL | TX_UNDERRUN_ENBL

36、);nwritereg(dev, PP_BusCTL, readreg(dev, PP_BusCTL) | ENABLE_IRQ);n enable_irq(dev-irq);n netif_start_queue(dev);n DPRINTK(1, cs89x0: net_open() succeededn);n return 0;nbad_out:n return ret;n n打開函數(shù)中對寄存器操作使用了兩個函數(shù)：readreg和writereg。readreg函數(shù)用來讀取寄存器內(nèi)容，writereg函數(shù)用來寫寄存器。函數(shù)定義為：ninline int readreg(struct ne

37、t_device *dev, int portno)nnoutw(portno, dev-base_addr + ADD_PORT);nreturn inw(dev-base_addr + DATA_PORT);nninline void writereg(struct net_device *dev, int portno, int value) nnoutw(portno, dev-base_addr + ADD_PORT);noutw(value, dev-base_addr + DATA_PORT);nn（3）關(guān)閉函數(shù)n關(guān)閉函數(shù)釋放資源減少系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，設(shè)備狀態(tài)有up轉(zhuǎn)為down時被調(diào)用。

38、函數(shù)定義為：nstatic int net_close(struct net_device *dev)nnnetif_stop_queue(dev);nwritereg(dev, PP_RxCFG, 0);nwritereg(dev, PP_TxCFG, 0);nwritereg(dev, PP_BufCFG, 0);nwritereg(dev, PP_BusCTL, 0);nfree_irq(dev-irq, dev);n/* Update the statistics here. */nreturn 0;nn（4）發(fā)送函數(shù)n首先，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動加載時，通過device域中的init函數(shù)指針

39、調(diào)用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的初始化函數(shù)對設(shè)備進(jìn)行初始化，如果操作成功，就可以通過device域中的open函數(shù)指針調(diào)用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的打開函數(shù)打開設(shè)備，再通過device域中的包頭函數(shù)指針hard_header來建立硬件包頭信息。最后，通過協(xié)議接口層函數(shù)dev_queue_xmit調(diào)用device域中的hard_start_xmit函數(shù)指針來完成數(shù)據(jù)包的發(fā)送。n如果發(fā)送成功，hard_start_xmit釋放sk_buff，返回0。如果設(shè)備暫時無法處理，比如，硬件忙，則返回l。此時如果dev-tbusy置為非0，則系統(tǒng)認(rèn)為硬件忙，要等到dev-tbusy置0以后才會再次發(fā)送。tbusy的置0任務(wù)一般由中斷完成。硬

40、件在發(fā)送結(jié)束會產(chǎn)生中斷，這時可以把tbusy置0，然后用mark_bh()調(diào)用通知系統(tǒng)可以再次發(fā)送。n在CS8900A驅(qū)動程序中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的傳輸函數(shù)dev-hard_start_xmit定義為net_send_ packet：nstatic int net_send_packet(struct sk_buff *skb, struct net_device *dev)nn struct net_local *lp = (struct net_local *)dev-priv;n writereg(dev, PP_BusCTL, 0 x0);n writereg(dev, PP_BusCTL,

41、readreg(dev, PP_BusCTL) | ENABLE_IRQ);n DPRINTK(3, %s: sent %d byte packet of type %xn,n dev-name, skb-len,n (skb-dataETH_ALEN+ETH_ALEN dataETH_ALEN+ETH_ALEN+1);n spin_lock_irq(&lp-lock);n netif_stop_queue(dev);n /* initiate a transmit sequence */n writeword(dev, TX_CMD_PORT, lp-send_cmd);n writ

42、eword(dev, TX_LEN_PORT, skb-len);n /* Test to see if the chip has allocated memory for the packet */nif (readreg(dev, PP_BusST) & READY_FOR_TX_NOW) = 0)nn spin_unlock_irq(&lp-lock);n DPRINTK(1, cs89x0: Tx buffer not free!n);n return 1;n n /* Write the contents of the packet */n writeblock(de

43、v, skb-data, skb-len);n spin_unlock_irq(&lp-lock);n dev-trans_start = jiffies;n dev_kfree_skb (skb); n return 0;n n（5）中斷處理和接收函數(shù)n網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接收數(shù)據(jù)通過中斷實(shí)現(xiàn)，當(dāng)數(shù)據(jù)收到后，產(chǎn)生中斷，在中斷處理程序中驅(qū)動程序申請一塊sk_buff（skb），從硬件讀出數(shù)據(jù)放置到申請好的緩沖區(qū)里。接下來，填充sk_buff中的一些信息。處理完后，如果是獲得數(shù)據(jù)包，則執(zhí)行數(shù)據(jù)接收子程序，該函數(shù)被中斷服務(wù)程序調(diào)用。函數(shù)定義：nstatic void net_rx(struct net

44、_device *dev) nn struct net_local *lp = (struct net_local *)dev-priv;n struct sk_buff *skb;n int status, length;n int ioaddr = dev-base_addr;n status = inw(ioaddr + RX_FRAME_PORT);nif (status & RX_OK) = 0)nn count_rx_errors(status, lp);n return;n n length = inw(ioaddr + RX_FRAME_PORT);n /* Mallo

45、c up new buffer. */n skb = dev_alloc_skb(length + 2);nif (skb = NULL) nn lp-stats.rx_dropped+;n return;n n skb_reserve(skb, 2)，/* longword align L3 header */n skb-len = length;n skb-dev = dev;n readblock(dev, skb-data, skb-len);n DPRINTK(3, %s: received %d byte packet of type %xn,n dev-name, length,

46、n (skb-dataETH_ALEN+ETH_ALENdataETH_ALEN+ETH_ALEN+1);n skb-protocol=eth_type_trans(skb,dev);n netif_rx(skb);n dev-last_rx = jiffies;n lp-stats.rx_packets+;n lp-stats.rx_bytes += length;n n在net_rx()函數(shù)中調(diào)用netif_rx()把數(shù)據(jù)傳送到協(xié)議層。netif_rx()函數(shù)把數(shù)據(jù)放入處理隊(duì)列，然后返回，真正的處理是在中斷返回以后，這樣可以減少中斷時間。調(diào)用netif_rx()后，驅(qū)動程序不能再存取數(shù)據(jù)緩

47、沖區(qū)if_rx()函數(shù)在net/core/dev.c中定義為：nint netif_rx(struct sk_buff *skb)nnint this_cpu = smp_processor_id();nstruct softnet_data *queue;nunsigned long flags;nif (skb-stamp.tv_sec = = 0) ndo_gettimeofday(&skb-stamp);nqueue = &softnet_datathis_cpu;nlocal_irq_save(flags);nnetdev_rx_statthis_cpu

48、.total+;nif (queue-input_pkt_queue.qlen input_pkt_queue.qlen) nnif (queue-throttle)goto drop;nenqueue:ndev_hold(skb-dev);n_skb_queue_tail(&queue-input_pkt_queue,skb);ncpu_raise_softirq(this_cpu, NET_RX_SOFTIRQ);nlocal_irq_restore(flags);n#ifndef OFFLINE_SAMPLEnget_sample_stats(this_cpu);n#endifn

49、return softnet_datathis_g_level;n nif (queue-throttle)nnqueue-throttle = 0;n#ifdef CONFIG_NET_HW_FLOWCONTROLnif (atomic_dec_and_test(&netdev_dropping) netdev_wakeup();n#endifnngoto enqueue;nnif (queue-throttle = 0)nnqueue-throttle = 1;nnetdev_rx_statthis_cpu.throttled+;n#ifdef CONFIG_NET_HW_FLOW

50、CONTROLnatomic_inc(&netdev_dropping);n#endifnndrop:netdev_rx_statthis_cpu.dropped+;nlocal_irq_restore(flags);nkfree_skb(skb);nreturn NET_RX_DROP; nn中斷函數(shù)net_interrupt在打開函數(shù)中申請，中斷發(fā)生后，首先驅(qū)動中斷管腳為高電平，然后主機(jī)讀取CS8900A中的中斷申請序列ISQ值，以確定事件類型，根據(jù)事件類型做出響應(yīng)。函數(shù)定義為：nstatic void net_interrupt(int irq, void *dev_id, st

51、ruct pt_regs * regs)nn struct net_device *dev = dev_id;n struct net_local *lp;n int ioaddr, status;n ioaddr = dev-base_addr;n lp = (struct net_local *)dev-priv;n nwhile (status = readword(dev, ISQ_PORT)nn DPRINTK(4, %s: event=%04xn, dev-name, status);n switch(status & ISQ_EVENT_MASK) nn case ISQ

52、_RECEIVER_EVENT:n/* Got a packet(s). */nnet_rx(dev);nbreak;n case ISQ_TRANSMITTER_EVENT:nlp-stats.tx_packets+;nnetif_wake_queue(dev);/* Inform upper layers. */nif (status & (TX_OK |nTX_LOST_CRS | TX_SQE_ERROR |nTX_LATE_COL | TX_16_COL) != TX_OK) nnif (status & TX_OK) = 0) lp-stats.tx_errors+

53、;nif (status & TX_LOST_CRS) lp-stats.tx_carrier_errors+;nif (status & TX_SQE_ERROR) lp-stats.tx_heartbeat_errors+;nif (status & TX_LATE_COL) lp-stats.tx_window_errors+;nif (status & TX_16_COL) lp-stats.tx_aborted_errors+;nnbreak;n case ISQ_BUFFER_EVENT:nif (status & READY_FOR_TX)

54、nn netif_wake_queue(dev);/* Inform upper layers. */nnif (status & TX_UNDERRUN)nnDPRINTK(1, %s: transmit underrunn, dev-name);nlp-send_underrun+;nif (lp-send_underrun = 3)lp-send_cmd = TX_AFTER_381;nelse if (lp-send_underrun = 6)lp-send_cmd = TX_AFTER_ALL;nnetif_wake_queue(dev);/* Inform upper la

55、yers. */nnbreak;ncase ISQ_RX_MISS_EVENT:nlp-stats.rx_missed_errors += (status 6);nbreak;ncase ISQ_TX_COL_EVENT:nlp-stats.collisions += (status 6);nbreak;nnn 7.2 CAN總線接口總線接口n7.2.1 CAN總線概述nCAN（Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)）是德國Bosch公司于1983年為汽車應(yīng)用而開發(fā)的，它是一種現(xiàn)場總線（FieldBus），能有效支持分布式控制和實(shí)時控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。1993年11月，I

56、SO正式頒布了控制器局域網(wǎng)CAN國際標(biāo)準(zhǔn)（IS011898）。n一個理想的由CAN總線構(gòu)成的單一網(wǎng)絡(luò)中可以掛接任意多個節(jié)點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用中節(jié)點(diǎn)數(shù)目受網(wǎng)絡(luò)硬件的電氣特性所限制。例如：當(dāng)使用Philips P82C250作為CAN收發(fā)器時，同一網(wǎng)絡(luò)中允許掛接110個節(jié)點(diǎn)。CAN可提供1 Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。CAN總線是一種多主方式的串行通信總線?；驹O(shè)計(jì)規(guī)范要求有高的位速率，高抗電磁干擾性，并可以檢測出產(chǎn)生的任何錯誤。當(dāng)信號傳輸距離達(dá)到10Km時CAN總線仍可提供高達(dá)50Kb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。CAN總線具有很高的實(shí)時性能，已經(jīng)在汽車工業(yè)、航空工業(yè)、工業(yè)控制、安全防護(hù)等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。nCA

57、N總線的通信介質(zhì)可采用雙絞線、同軸電纜和光導(dǎo)纖維，最常用的是雙絞線。通信距離與波特率有關(guān)，最大通信距離可達(dá)10km，最大通信波特率可達(dá)1Mbps。CAN總線仲裁采用11位標(biāo)識和非破壞性位仲裁總線結(jié)構(gòu)機(jī)制，可以確定數(shù)據(jù)塊的優(yōu)先級，保證在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)沖突時最高優(yōu)先級節(jié)點(diǎn)不需要沖突等待。CAN總線采用了多主競爭式總線結(jié)構(gòu)，具有多主站運(yùn)行和分散仲裁的串行總線以及廣播通信的特點(diǎn)。CAN總線上任意節(jié)點(diǎn)可在任意時刻主動向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息而不分主次，因此可在各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)自由通信。nCAN總線信號使用差分電壓傳送，兩條信號線被稱為CAN_H和CAN_L，靜態(tài)時均是2.5V左右，此時狀態(tài)表示為邏輯1，也可以叫

58、做“隱性”。采用CAN_H比CAN_L高表示邏輯0，稱為“顯性”，通常電壓值為CAN_H=3.5V和CAN_L=1.5V。當(dāng)“顯性”位和“隱性”位同時發(fā)送的時候，最后總線數(shù)值將為“顯性”。nCAN總線的一個位時間可以分成四個部分：同步段，傳播時間段，相位緩沖段1和相位緩沖段2。每段的時間份額的數(shù)目都是可以通過CAN總線控制器編程控制，而時間份額的大小tq由系統(tǒng)時鐘tsys和波特率預(yù)分頻值BRP決定：tq=BRP/tsys。圖7.2.1說明了CAN總線的一個位時間的各個組成部分。圖7.2.1 CAN總線的一個位時間n 同步段：用于同步總線上的各個節(jié)點(diǎn)，在此段內(nèi)期望有一個跳變沿出現(xiàn)（其長度固定）。

59、如果跳變沿出現(xiàn)在同步段之外，那么沿與同步段之間的長度叫做沿相位誤差。采樣點(diǎn)位于相位緩沖段1的末尾和相位緩沖段2開始處。n 傳播時間段：用于補(bǔ)償總線上信號傳播時間和電子控制設(shè)備內(nèi)部的延遲時間。因此，要實(shí)現(xiàn)與位流發(fā)送節(jié)點(diǎn)的同步，接收節(jié)點(diǎn)必須移相。CAN總線非破壞性仲裁規(guī)定，發(fā)送位流的總線節(jié)點(diǎn)必須能夠收到同步于位流的CAN總線節(jié)點(diǎn)發(fā)送的顯性位。n 相位緩沖段1：重同步時可以暫時延長。n 相位緩沖段2：重同步時可以暫時縮短。n 同步跳轉(zhuǎn)寬度：長度小于相位緩沖段。n同步段，傳播時間段，相位緩沖段1和相位緩沖段2的設(shè)定和CAN總線的同步、仲裁等信息有關(guān)。其主要思想是要求各個節(jié)點(diǎn)在一定誤差范圍內(nèi)保持同步。必

60、須考慮各個節(jié)點(diǎn)時鐘（振蕩器）的誤差和總線的長度帶來的延遲（通常每米延遲為5.5ns）。正確設(shè)置CAN總線各個時間段，是保證CAN總線良好工作的關(guān)鍵。n7.2.2 在嵌入式處理器上擴(kuò)展CAN總線接口n一些面向工業(yè)控制的嵌入式處理器本身就集成了一個或者多個CAN總線控制器。例如：韓國現(xiàn)代公司的hms30c7202（ARM720T內(nèi)核）帶有兩個CAN總線控制器； Phillips公司的LPC2194和LPC2294（ARM7TDMI內(nèi)核）帶有4個CAN總線控制器。CAN總線控制器主要是完成時序邏輯轉(zhuǎn)換等工作，要在電氣特性上滿足CAN總線標(biāo)準(zhǔn)，還需要一個CAN總線的物理層芯片，用它來實(shí)現(xiàn)TTL電平到CAN總線電平特性的轉(zhuǎn)換，即CAN收發(fā)器。n實(shí)際上，多數(shù)嵌入式處理器都不帶CAN總線控制器。通常的解決方案是在嵌入式處理器的外部總線上擴(kuò)展CAN總線接口芯片，例如：Phillips公司的SJ