基于DM9000AE的S3C2440嵌入式的以太網(wǎng)接口

2013-11-06 16:32 來源:互聯(lián)網(wǎng) 作者:洛小辰

本文介紹了一個基于三星ARM9芯片S3C2440嵌入式系統(tǒng)的以太網(wǎng)接口電路設(shè)計方案,采用了工業(yè)級以太網(wǎng)控制器DM9000AEP成功實現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換。論文在重點闡述了網(wǎng)絡(luò)接口電路基礎(chǔ)之上,對Windows CE系統(tǒng)控制軟件部分DM9000AEP的驅(qū)動程序和注冊表項進行了具體分析。

隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展,嵌入式技術(shù)得到廣闊的發(fā)展,已成為現(xiàn)代工業(yè)控制、通信類和消費類產(chǎn)品發(fā)展的方向。以太網(wǎng)在實時操作、可靠傳輸、標準統(tǒng)一等方面的卓越性能及其便于安裝、維護簡單、不受通信距離限制等優(yōu)點,已經(jīng)被國內(nèi)外很多監(jiān)控、控制領(lǐng)域的研究人員廣泛關(guān)注,并在實際應用中展露出顯著的優(yōu)勢。本文提出了一種基于DM9000AE網(wǎng)絡(luò)接口芯片和32位三星ARM9處理器S3C2440嵌入式系統(tǒng)的以太網(wǎng)接口的設(shè)計方案,并在Windows CE操作系統(tǒng)上開發(fā)移植了網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的接入。

2. DM9000AE工作原理

2.1 DM9000的主要特性和總體結(jié)構(gòu)

DM9000AE是DEVICOM(臺灣聯(lián)杰國際)研發(fā)的一款10/100M快速以太網(wǎng)控制芯片。DM9000AE實現(xiàn)以太網(wǎng)媒體介質(zhì)訪問層(MAC)和物理層( PHY)的功能,包括MAC數(shù)據(jù)幀的組裝/拆分與收發(fā)、地址識別、CRC編碼/校驗、MLT-3編碼器、接收噪聲抑制、輸出脈沖成形、超時重傳、鏈路完整性測試、信號極性檢測與糾正等。DM9000AE內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示。

DM9000AE具有以下主要性能:①48管腳的LQFP封裝,管腳少體積小;②支持8/16位數(shù)據(jù)總線;③適用于10Base-T和100Base-T,10/100M自適應,適應不同的網(wǎng)絡(luò)速度要求,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支持IP /TCP /UDP加速,減輕了CPU負擔,提高網(wǎng)絡(luò)速度;⑥支持Back pressure半雙工流量控制,與IEEE802.3u兼容,支持IEEE802.3x全雙工流量控制;⑦20ns響應時間,2.5V/3.3V低功耗。


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圖1 DM9000AE內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)


2.2 工作原理

DM9000AE可與微處理器以8 bit或16 bit的總線方式連接,并可根據(jù)需要以單工或全雙工等模式運行。在系統(tǒng)上電時,處理器通過總線配置DM9000AE內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)控制寄存器 (NCR)、中斷寄存器(ISR)等,完成DM9000AE的初始化。隨后DM9000A進入數(shù)據(jù)收發(fā)等待狀態(tài)。

當處理器要向以太網(wǎng)發(fā)送數(shù)據(jù)幀時,先將數(shù)據(jù)打包成UDP或IP數(shù)據(jù)包,并通過8 bit或16bit總線逐字節(jié)發(fā)送到DM9000A的數(shù)據(jù)發(fā)送緩存中,然后將數(shù)據(jù)長度等信息填充到DM9000AE相應寄存器內(nèi),隨后發(fā)送使能命令,DM9000AE將緩存的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)幀信息進行MAC組幀,并發(fā)送出去。

當DM9000AE接收到外部網(wǎng)絡(luò)送來的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)時,首先檢測數(shù)據(jù)幀的合法性,如果幀頭標志有誤或存在CRC校驗錯誤,則將該幀數(shù)據(jù)丟棄,否則將數(shù)據(jù)幀緩存到內(nèi)部RAM,并通過中斷標志位通知處理器,處理器收到中斷后對DM9000AE接收RAM的數(shù)據(jù)進行處理。

DM9000AE自動檢測網(wǎng)絡(luò)連接情況,根據(jù)網(wǎng)速設(shè)置內(nèi)部的數(shù)據(jù)收發(fā)速率為10Mb/s或100 Mb/s。同時,DM9000AE還能根據(jù)RJ45接口連接方式改變數(shù)據(jù)收發(fā)引腳的方向,因此無論外部網(wǎng)線是采用對等還是交叉方式,系統(tǒng)均能正常通信。

3.網(wǎng)絡(luò)接口硬件電路設(shè)計

在嵌入式系統(tǒng)中增加以太網(wǎng)接口,通常由如下兩種方法實現(xiàn)。第一種方法采用帶有以太網(wǎng)接口的嵌入式處理器。這種方法要求嵌入式處理器有通用的網(wǎng)絡(luò)接口,通常這種處理器是面向網(wǎng)絡(luò)應用而設(shè)計的,通過內(nèi)部總線的方法實現(xiàn)處理器和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的交換。另一種方法采用嵌入式處理器+網(wǎng)卡芯片結(jié)構(gòu)。這種方法對嵌入式處理器沒有特殊要求,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,不受處理器的限制,但是,處理器和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換通過外部總線交換數(shù)據(jù)[3]。

本設(shè)計采用的是S3C2440這款通用的嵌入式微處理器上擴展以太網(wǎng)接口的方式,即第二種方式。S3C2440A處理器與DM9000AE連接的結(jié)構(gòu)如圖2所示,DM9000AE通過總線與處理器相連,中斷與處理器外部中斷相接。


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圖2 S3C2440A處理器與DM9000AE連接的結(jié)構(gòu)


S3C2440A微處理器是一款由Samsung半導體公司為手持設(shè)備和各種多用途應用設(shè)計,基于ARM920T內(nèi)核的16/32位RISC的低功耗、高集成度的微處理器,,采用五級流水線和哈佛結(jié)構(gòu),289腳FBGA封裝,。S3C2440在包含ARM920T核的同時,增加了豐富的外圍資源,主要包括1個LCD控制器;3個通道的UART;4個通道的DMA;4個具有PWM功能的16位定時/計數(shù)器和1個16位內(nèi)部定時器,支持外部時鐘源;8通道的10位ADC;觸摸屏、IIC總線、IIS總線、SD卡和MMC卡、攝像頭接口;130位通用I/O口和24位外部中斷源。

DM9000AE以太網(wǎng)接口電路如圖的連接如圖3所示。處理器利用片選DM_CS和地址線BADDR分別連接DM9000AE芯片的CS引腳和CMD引腳,S3C2440的數(shù)據(jù)線BDATA[15:0]與DM9000AE的數(shù)據(jù)線SD[15:0]連接,用來實現(xiàn)DM9000與S3C2440之間的數(shù)據(jù)傳輸;S3C2440的DM_IOR引腳連接DM9000AE的讀引腳IOR#,DM_IOW引腳連接DM9000AE的寫引腳IOW#;同時,DM9000AE占用S3C2440的中斷引腳EINT7,使得S3C2440能夠響應DM9000AE的中斷。DM9000AE與網(wǎng)絡(luò)的連接由接收信號線RX+、RX-和發(fā)送信號線TX+、TX-通過隔離變壓器E-2023與以太網(wǎng)水晶接頭RJ_45相連。隔離變壓器的主要作用是將嵌入式系統(tǒng)與外部線路相隔離,防止干擾和燒壞元器件,實現(xiàn)帶電的插拔功能。


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圖3 以太網(wǎng)接口電路


4.網(wǎng)絡(luò)接口模塊的軟件設(shè)計

本系統(tǒng)采用Windows CE操作系統(tǒng),具有強大的網(wǎng)絡(luò)支持功能,Windows CE支持包括TCP / IP在內(nèi)的Internet的所有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。Windows CE的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序都遵循NDIS(Network Driver Interface Specification,網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動接口規(guī)范),NDIS提供了兩個抽象層,用來把網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序和協(xié)議棧相連。NDIS模型的示意圖圖4所示。

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嵌入式 以太網(wǎng) 接口 S3C2440

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