基于ARM微处理器的嵌入式以太网接口

基于ARM 微处理器的嵌入式以太网接口何　轩1,夏应清1,李　祥2(1.华中师范大学,湖北省武汉市430079;2.湖北经济学院,湖北省武汉市430065)【摘　要】　介绍了一种具有较高性价比和发展前景的基于ARM 微处理器的嵌入式以太网的设计方案。

首先介绍了ARM 内核的微处理器S3C44BOX 的功能和特点,接着分析了以太网控制器芯片R TL8019AS 的性能,给出了以ARM 为基础的嵌入式系统与10Mbit/s 常用以太网控制器芯片R TL8019AS 的硬件接口电路。

在软件设计上,首先介绍了μC/OS Ⅱ实时操作系统在S3C44BOX 的移植,并在此基础上给出了以太网控制器芯片R TL8019AS 的初始化程序,最终实现了嵌入式以太网的数据传输。

关键词:嵌入式系统,以太网,接口,ARM ,微处理器中图分类号:TP334.7收稿日期:20042102280　引　言在电子设备日趋网络化的背景下,作为目前广泛使用的以太网以及TCP/IP 已经成为事实上最常用的网络标准之一,它的高速、可靠、分层以及可扩充性使其在各个领域的应用越来越灵活,很多情况下运用以太网和TCP/IP ,能够简化结构和降低成本。

但是,目前关于嵌入式以太网的设计方案不是很多,而且大多是基于单片机或DSP 的,两者都存在要外扩很多外设的问题,并且前者速度太慢,后者成本太高,这在一些对设备尺寸要求很高的场合是不适用的。

本设计中,采用了基于ARM 内核的微处理器S3C44BOX 的嵌入式系统,与10Mbit/s 以太网控制芯片R TL8019AS 的接口电路和实现方法。

1　S3C44BOX 芯片介绍S3C44BOX 是基于ARM7TDM I 内核的16/32位RISC 处理器,功能强大,目前已广泛应用于手持设备、因特网设备、网络、调制解调设备等领域。

其主要特点如下:a )拓展存储控制器(带FP/EDO/SDRAM 控制器,片选逻辑);b )8kB 高速缓存(cache )/SRAM ;c )液晶显示器(LCD )控制器(可直接控制DSTN/STN 的各种灰度/256彩色LCD 屏,最大支持分辨率为1600×1600);d )2通道UAR T ,波特率可高达115.2kbit/s ,并内置16字节FIFO ,同时兼容Irdal.0规范;e )I 2C 接口、I 2S 接口(音频数据接口);f )71个通用I/O 端口和8个外部中断;g )5路脉宽调制(PWM )定时器和1路内部定时器;h )8通道10位A/D 转换器(采样速率为100×103采样/s );i )2路G DMA 和2路外围DMA ;j )具有电源控制器、看门狗、实时时钟。

2　硬件电路组成本方案硬件电路使用的芯片主要有微处理器S3C44BOX 、R TL8019AS 、74LV138、FB2022(网卡变压器),其硬件框图如图1所示。

图1　S3C44B OX 与以太网接口电路S3C44BOX 与R TL8019AS 的接口采用U TP RJ 245。

R TL 8019AS 与主机有3种接口工作模式:跳线方式,网卡的I/O 和中断由跳线决定;即插即用方式,由软件进行自动配置即插即用;免跳线方式,网卡的I/O 和中断由外界的93C46中的内容决定。

・27・第31卷第1期2005年1月 电子工程师　EL ECTRON IC EN GIN EER Vol.31No.1　Jan.2005 在嵌入式应用场合,如果不使用93C46EEP2 ROM,可以降低成本,同时又减少连线,因此,本文采用第1种方式,即跳线方式通过设置R TL8019AS的65引脚jp为高电平(接到VCC或通过一个10kΩ的电阻上拉)来实现。

R TL8019AS是性价比高且带有即插即用功能的全双工以太网控制器,它的主要特点包括:符合Ether2 netⅡ与IEEE802.3标准;全双工,收发可同时达到10Mbit/s的速率,内置16kB的SRAM,用于收发缓冲,减低对主处理器的要求;支持U TP、AU I、BNC自动检测,还支持对10Base T拓扑结构的自动极性修正;允许4个诊断L ED引脚编程输出。

R TL8019AS内部有2块RAM区,1块16kB,地址为0x4000～0x7fff;1块32字节,地址为0x0000～0x001f。

RAM按页存储,每256字节为一页。

本方案中将R TL8019AS的RAM的前12页(0x4000～0x4Bfff)作为发送缓冲区,后52页(0x4c00～0x7fff)作为接收缓冲区,第0页只有32个字节,用来存储以太网的物理地址。

R TL8019AS具有32个输出/输出地址,地址偏移量为00H～1FH。

其中00H～0FH具有16个地址,为寄存器的地址,寄存器分为page0、page1、page2、page3,由R TL8019AS中的命令寄存器CR中的PS1和PS0位来决定要访问的页。

复位端口包括18H～1FH共8个地址,用于R TL8019AS的复位。

3　软件设计编写控制以太网接口程序的步骤如下。

3.1　μC/OSⅡ实时操作系统的移植μc/osⅡ是一种开放源码的实时嵌入式操作系统,是一个可移植、可裁减、可固化的占先式多任务操作系统,已被应用到多种微处理器上,其大部分源码是由ANSI C语言编写的。

移植工作包括以下几个内容:设置OS-CPU.H中与处理器和编译器相关的代码;用C语言改写OS-COU-C.C中6个与操作系统相关的简单函数;用汇编语言改写OS_CPU_A.ASM中的4个与处理器相关的函数。

a)OS_CPU.H文件:OS_CPU.H包括#define、typedef定义与CPU相关信息。

由于进行不同处理的处理器有不同的字长,所以μC/OSⅡ的移植包括一系列的类型定义,以确保可移植性。

如IN T16U数据类型总是代表16位无符号整数,将μC/OSⅡ移植到32位处理器上,也就意味着IN T16U实际被声明为无符号短整型数而不是无符号整形数。

b)OS_COU_C.C文件:OST askCreatH ook()、OS2 TaskDelHook()、OSTaskSwhook()、OSTaskStat Hook ()、OSTaskCreakHook()这些函数为用户定义,实际需要修改的只有OSTaskStk Iinit()函数。

OS2 TaskStk Iinit()用来初始化任务堆栈,初始状态的堆栈模拟发生一次中断后的堆栈结构。

由于在ARM中堆栈是按32位数据类型进行操作,所以堆栈数据类型OS_ST K声明为32位无符号整数。

c)OS_CPU_A.ASM文件:这里要实现4个汇编函数改写,即多任务启动函数中调用OSST art HightRdy( )、任务切换函数OSCtxSw()、中断任务切换OSIntC2 txSw()、时钟节拍服务函数OSTickISR()。

任务切换函数OSCtxSw(),由任务切换函数OS_T ASK_SW()进入。

如果任务执行了某个函数,其结果改变了当前任务的状态(如OSTaskSuspend()、OSTimeDly ()),或者改变了其他任务的状态(OSTaskResum()、OSTimeDlyResume()),都要引起新的任务调度函数(OSSched())执行OS_TASK_SW()。

OSIntCtxSw( )是在ISR中被调用的,其代码与OSCtxSw()类似。

OSStart Hight Rdy()由OSStart()函数调用,功能是运行优先级最高的任务。

OSTick ISR()是时钟节拍中断,用户应该在OS2 Start()运行后,μC/OSⅡ启动运行的第1个任务中初始化节拍中断。

3.2　初始化RT L8019AS初始化部分完成R TL8019AS在使用之前的初始化工作:设置相关工作模式的寄存器,分配和初始化接收及发送缓冲区,初始化网卡接收地址。

R TL8019AS的初始化代码如下:reg00=0x21;　//CR=0x21;　//STOP|NO-DMAreg0e=0xc9;　//DCR数据配制寄存器16位远端数据dmaTemp=Reset-Reg;Delay(1)Reset-reg=temp;　//复位8019Delay(100)//关闭对于配置存储器的支持reg00=0xel;　//选中第3页reg01=0xe0;　/9346CR EEM1=EEM1=1reg04=0xel;　//config1set IRQ bitreg01=0xel;　//9346CR EEM1=EEM1=0//3333333停止80193333333reg00=0x21;　//CR=0x21;　//STOP|NO-DMAreg0b=0;　//清除远程DMA计数器的MSBreg0a=0;　//清除远程DMA计数器的L SB//读取ISR,等待ISR,等待ISR&ISR-RESET,1.6ms・37・第31卷第1期 何　轩,等:基于ARM微处理器的嵌入式以太网接口 ・计算机与自动化技术・for (I =0;I <0xfff ;I ++){temp =reg07;if (temp &RTL8019-ISR-RST ){reg07=temp ;break ;}Delay (200);}//如果超时没有收到8019的复位信号,表示8019芯片有硬件问题if (I ==0xfff ){Uart-Printf (”Reset RTL8019Fail.　Please check your hardware.\n ’);return ;}reg0d =0xe2;　//TCR =0x02;开启回环模式reg00=0x22;　//CR =0x22;//START|NO-DMA Delay (20000);　//延时//3333333配置8019//3333333reg00=0x21;　//选择页0的寄存器,网卡停止运行,因为还没有初始化temp =reg00;//测试8019的寄存器能否工作if ((temp &0x21)!=0x21){Uart-Printf (”Write RTL8019Fail \n ’);return ;}reg0e =0x49;　//DCR 数据配置寄存器16位数据dma reg0b =0;　//清除远程DMA 计数器的MSB reg0a =0;　//清除远程DMA 计数器的L SB reg0c =0x04;　//RCRreg0d =0x02;　//TCR =0x02回环模式reg03=0x4c ;　//BNR Y reg01=0x4C ;　//寄存器Pstart reg02=0x80;　//Pstop reg07=0xff ;　//ISPreg0f =0x01;　//IMR open rx interrupt interrupt 1==IRQ2/9reg04=0x45;　//TPSRreg00=0x61;　//CR-STOP|CR-NO-DMA|CR-PA GE1//选择1的寄存器//初始化物理地址G etMac (mac );G etMac (mac );//初始化组播地址Ether InitMar ();reg07=0x4d ;　//CURRreg00=0x21;　//move back to page 0reg00=0x22;　//选择页0寄存器,网卡执行命令reg0d =0x00;　//TCR-NO-LOOPBACK reg07=0xff ;　//ISR //配置结束EtherNetOpenInterrupt ();　//设置中断EtherSetRegPage (0);　//选择页面03.3　传输数据包发送部分只要把数据写入缓冲区,启动执行命令,R TL8019AS 自动发送。