基于dm9000ae的s3c2440嵌入式系統(tǒng)的以太網(wǎng)接口設(shè)計

本文主要是關(guān)于dm9000ae的相關(guān)介紹，并著重對基于dm9000ae的s3c2440嵌入式系統(tǒng)的以太網(wǎng)接口設(shè)計進(jìn)行了詳盡的闡述。

dm9000ae

DM9000AE是一款電子產(chǎn)品，存儲轉(zhuǎn)發(fā)。

主要特性：

* 支持處理器接口類型：字節(jié)/字/雙字的I/O指令進(jìn)行內(nèi)部數(shù)據(jù)運(yùn)算。

* 集成10/100M 收發(fā)器。

* 支持MII/RMII接口。

* 支持半雙工背壓流量控制模式。

* IEEE802.3全雙工流量控制模式。

* 支持遠(yuǎn)端喚醒和連接狀態(tài)變化。

* 集成4K的雙字SRAM。

* 支持存儲轉(zhuǎn)發(fā)和EEPROM的芯片ID。

* 支持4個GPIO管腳。

* 可選EEPROM設(shè)置。

* 低功耗模式。

* I/O管腳 3.3V--5V兼容。

* 48-pin cmos工藝 LQFP封裝。

應(yīng)用：接口轉(zhuǎn)換，機(jī)頂盒，IP phone，監(jiān)控處理等

產(chǎn)品優(yōu)勢：

與同類產(chǎn)品比較具有以下獨(dú)特優(yōu)勢：

* LOCAL BUS芯片，DM9000AE其基本特性是 48pin，10/100MLOCAL-BUS interface;工作模式8/16bit

* 2.5/3.5V低功耗；DM9000AE是全球最小顆粒單芯片， 體積小，便于布線制版

* 通過惠普認(rèn)證AUTO-Midx（支持直接互連自動翻轉(zhuǎn)）TCP/Ip加速（IPV4 check sum offioad）

減輕CPU負(fù)擔(dān)，提高整機(jī)效能，20nsl/o讀寫時間

基于dm9000ae的s3c2440嵌入式系統(tǒng)的以太網(wǎng)接口設(shè)計

隨著微電子技術(shù)和計算機(jī)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(fèi)類產(chǎn)品發(fā)展的方向。以太網(wǎng)在實時操作、可靠傳輸、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一等方面的卓越性能及其便于安裝、維護(hù)簡單、不受通信距離限制等優(yōu)點(diǎn)，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(yīng)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（***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??；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(yīng)，適應(yīng)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(fù)擔(dān)，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(yīng)時間，2.5V/3.3V低功耗。

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(yùn)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(jìn)入數(shù)據(jù)收發(fā)等待狀態(tài)。

當(dāng)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(yīng)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(jìn)行MAC組幀，并發(fā)送出去。

當(dāng)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(biāo)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(biāo)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(jìn)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(yīng)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(qiáng)，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(kuò)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。

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(dǎo)體公司為手持設(shè)備和各種多用途應(yīng)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(yīng)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。

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(qiáng)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。

圖4 NDIS模型的示意圖

DM9000AE在Windows CE下的驅(qū)動程序就是基于這個模型而編寫，被編譯成動態(tài)鏈接庫，以用戶態(tài)下的DLL文件形式存在。入口函數(shù)為DriverEntry（）。DM9000驅(qū)動的工作流程如圖5所示。

NdisMInitializeWrapper（）函數(shù)的作用是通知NDIS 一個小端口網(wǎng)卡正在被初始化，此函數(shù)在ndis.dll中提供。然后對NDIS40_MINIPORT_CHARACTERISTICS結(jié)構(gòu)體變量初始化，主要是設(shè)置一些回調(diào)函數(shù)（MiniportInitialize（），MiniportReset（），MiniportInterruptHandler（），MiniportISRHandler（），MiniportQueryInformation（），MiniportSetInformation（），MiniportSend（）。接著就是通過NdisMRegisterMiniport（）函數(shù)利用NDIS40_MINIPORT_CHARACTERISTICS這個結(jié)構(gòu)體向NDIS系統(tǒng)進(jìn)行注冊。再接下來就是MiniportInitialize（），在其中有NIC_DRIVER_OBJECT類的初始化，以及該類的EDriverInitialize（）函數(shù)調(diào)用，在此函數(shù)中全面展開了dm9000的所有初始化操作。

對DM9000的所有初始化操作的實現(xiàn)在dm9000.cpp文件中，主要也是通過DeviceEntry（）這個函數(shù)來實現(xiàn)。在DeviceEntry（）這個函數(shù)中只做了一件事：new了一個C_DM9000類的實例并return。緊接著就是C_DM9000的實例通過DeviceSetDefaultSettings（）；DeviceSetEepromFormat（）；DeviceRetriveConfigurations（hconfig）；EDeviceValidateConfigurations（）等等對DM9000AE進(jìn)行的一系列初始化操作。然后NIC_DRIVER_OBJECT指向DriverStart（），在DriverStart（）中C_DM9000只進(jìn)行了一個非常簡單但最重要的操作就是它在此DeviceEnableInterrupt（）啟動了中斷，接下來就是無休止的等待、接收、發(fā)送，DM9000就此開始工作了。

圖5 DM9000驅(qū)動的工作流程

在完成了驅(qū)動程序之后，我們還需要在Platform.reg文件中對DM9000的注冊表項進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置：

［HKEY_LOCAL_MACHINECommDM9000］

“DisplayName”=“Crystal DM9000 ISA Ethernet Controller”

“Group”=“NDIS”

“ImagePath”=“DM9000.DLL”

［HKEY_LOCAL_MACHINECommDM9000Linkage］

“Route”=multi_sz：“DM90001”

［HKEY_LOCAL_MACHINECommDM90001Parms］

“BusNumber”=dword:0

“BusType”=dword:0

“InterruptNumber”=dword:3E

“IoBaseAddress”=dword:D3000000

“RxMode”=“PIO”

“NetworkAddress”=“00-01-33-33-33-33”

［HKEY_LOCAL_MACHINECommDM90001ParmsTcpIp］

“EnabLEDHCP”=dword:0

“DefaultGateway”=“192.168.126.1”

“UseZeroBroadcast”=dword:0

“IpAddress”=“192.168.126.100”

“Subnetmask”=“255.255.255.0”

“DNS”=“192.168.126.1”

［HKEY_LOCAL_MACHINECommTcpipLinkage］

“Bind”=multi_sz： “ppp”， “DM90001”

將設(shè)計的模塊與本地局域網(wǎng)連通，并分配MAC地址和IP地址，利用PC的PINg程序，得到回應(yīng)，說明ARP、IP、ICMP協(xié)議正常。利用自己編寫的基于windows的應(yīng)用程序，向模塊發(fā)送連接請求，模塊返回正確的應(yīng)答信息，TCP協(xié)議正常。

結(jié)語

關(guān)于dm9000ae的相關(guān)介紹就到這了，希望通過本文能讓你對dm9000ae有更全面的認(rèn)識。

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