以太網(wǎng)接口的設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)是關(guān)鍵

目前，以太網(wǎng)(Ethernet)協(xié)議已經(jīng)非常廣泛地應(yīng)用于各種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，如辦公局域網(wǎng)、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)、因特網(wǎng)等場合，并且還不斷地發(fā)展。基于以太網(wǎng)的新技術(shù)和聯(lián)網(wǎng)設(shè)備不斷出現(xiàn)，以太網(wǎng)已經(jīng)成為事實(shí)上最常用的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)之一。

但是，基于以太網(wǎng)的嵌入式系統(tǒng)目前并是很多。其原因除了嵌入式系統(tǒng)本身運(yùn)行速度較慢、資源較少且不足以實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)的各種協(xié)議外，更重要是設(shè)計(jì)以太網(wǎng)的接口及協(xié)議相對(duì)比較復(fù)雜，使人望而卻步。

本文將介紹以8051系列單片機(jī)系統(tǒng)為例的嵌入式系統(tǒng)與10Mbps以太網(wǎng)控制器芯片DM9008的接口電路實(shí)現(xiàn)及編程方法。

1 以太網(wǎng)控制器DM9008簡介

DM9008是***DAVICOM公司生產(chǎn)的基于ISA總線的10M超級(jí)以太網(wǎng)控制器芯片。這集成了介質(zhì)訪問控制子層(MAC)和物理層的功能，可以方便地設(shè)計(jì)基于ISA總線的系統(tǒng)，也可以比較簡單地與通用單片機(jī)進(jìn)行接口。

主要特點(diǎn)如下：

·實(shí)現(xiàn)IEEE 802.3協(xié)議、10BASE-T、10BASE2和10BASE5的單片貢解決方案;

·集成ISA總線接口、8K×16 SRAM、介質(zhì)訪問控制(MAC)、編解碼器(ENDEC)和10BASE-T收發(fā)器;

·與NOVELL NE2000軟件兼容;

·可選8根中斷申請線;

·自動(dòng)極性檢測和糾正;

·可選8、16位模式;

·外部可編程EEPROM;

·單5V電源低功耗CMOS設(shè)計(jì);

·100腳PQFP封裝。

由于該芯片功能較強(qiáng)，配置有較多的引腳，但在與一般單片機(jī)接口時(shí)只需要用到其中的一部分即可完成常用的功能。

2 與8051單片機(jī)系統(tǒng)的接口電路

下面介紹國內(nèi)最常用的8051系列單片機(jī)與DM9008的接口電路，實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)接口采用無屏蔽雙絞線(UTP)RJ-45接口。

圖1給出了8051單片機(jī)系統(tǒng)與DM9008網(wǎng)絡(luò)控制器的接口電路框圖。 8051單片機(jī)系統(tǒng)所提供的接口信號(hào)線為：P0的8位數(shù)據(jù)總線D0～D7、5根經(jīng)過鎖存的地址線A0～A4、讀信號(hào)線RD、寫信號(hào)線WR、經(jīng)過譯碼產(chǎn)生的片選線CS1和經(jīng)過反相后高電平有效地中斷請求線INT。這些信號(hào)線分別與DM9008的數(shù)據(jù)線低8位SD0～SD7、地址線低5位SA0～SA4、 I/O讀信號(hào)線IOR、I/O寫信號(hào)線IOW、地址使能線AEN和8根中斷請求線中的一根IRQ12相連。

DM9008的復(fù)位線RST與8051單片機(jī)的復(fù)位線同為高是電平有效，故在系統(tǒng)上電時(shí)同時(shí)復(fù)位。時(shí)鐘電路只需外接1個(gè)20MHz的晶振及2個(gè)電容即可。

DM9008有16根數(shù)據(jù)線，與8051單片機(jī)接口，只需用到低8位數(shù)據(jù)線，其它高8位數(shù)據(jù)線不骼，IO16接高電平或浮空，MD6/SLOT接地。地址線有SA0～SA19共20根，只用到低5位SA0～SA4與單片機(jī)相連，SA5～SA7接地、SA8～SA9 接高電平，其它高地址位全部接地。這樣對(duì)于DM9008內(nèi)部來說，I/O的基地址為300H。另外BALE、SYSCLK接地，SMEMR、MEMW、 MEMR浮空。DM9008有8根中斷請求線，可以先1根與8051系統(tǒng)的中斷線相連，其它7根線均浮空，所選線在EEPROM93C46中指定。

EEPROM 93C46是一個(gè)采用4線SPI串行接口的電可擦除存儲(chǔ)器，容量為64×16位(即128個(gè)字節(jié))，主要保存DM9008的配置信息，如網(wǎng)絡(luò)硬件地址、 I/O基地址、中斷線選擇等配置寄存器內(nèi)容，在DM9008復(fù)位后讀取93C46的內(nèi)容并設(shè)備內(nèi)部配置寄存器的值。如果93C46中內(nèi)容不正確，DM9008就無法正常工作。所以通常先通過編程器把配置數(shù)據(jù)寫入93C46，再把它焊在電路板上。DM9008通過EECS、EEDI、EEDO、 EECK與93C46相連。

由于本設(shè)計(jì)只使用10BASE-T，即采用無屏蔽雙絞線的RJ45接口，而 DM9008已內(nèi)置了10BASE-T的收發(fā)器，故接口部分電路比較簡單，只需要外接1個(gè)隔離濾波器LAN7236即可。TPTX+、TPTX-為發(fā)送線，TPRX+、TPRX-為接收線，經(jīng)隔離后的4根線與RJ45接口相連。對(duì)于其它型號(hào)的單片機(jī)，如16位單片機(jī)80C196KC等，其接口電路只需稍作修改即可改為16位數(shù)據(jù)總線方式。

3 軟件設(shè)計(jì)

DM9008的編程包括初始化、發(fā)送、接收三部分功能。在接收和發(fā)送數(shù)據(jù)以前要進(jìn)行必需的檢測和初始化。DM9008的初始化主要是設(shè)置所需的寄存器狀態(tài)，建立網(wǎng)絡(luò)接口收發(fā)的條件。

網(wǎng)絡(luò)接口通過2個(gè)DMA操作來完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。本地DMA完成DMA9008與其內(nèi)部FIFO隊(duì)列之間的數(shù)據(jù)傳送，遠(yuǎn)程DMA完成DM9008與CPU之間的數(shù)據(jù)傳送。

DM9008可尋址的空間有32個(gè)，分別為00H～1FH。其中00H～0FH是寄存器區(qū)，00H～1FH。其中00H～0FH是寄存器區(qū)，00H作為命令寄存器，通過設(shè)置可選擇3個(gè)頁面，10H～17H為數(shù)據(jù)端口，18H～1FH為復(fù)位端口。

3.1 DM9008的初始化

DM9008的具體初始化過程如下(CPU對(duì)DM9008的尋址需要加上基地址，為了描述方便，省略掉基地址直接用DM9008的內(nèi)部地址描述寄存器地址)：

(1)讀入1FH端口數(shù)據(jù)，再寫回該地址以啟動(dòng)DM9008工作。

(2)向命令寄存器CR(00H)寫入21H，選擇寄存器頁面0，并進(jìn)行軟件復(fù)位。

(3)設(shè)置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)寄存器DCR(0EH)為48H。

(4)設(shè)置方式狀態(tài)寄存器TCR(0DH)為02H。

(5)讀出網(wǎng)絡(luò)的物理地址：

a.設(shè)置遠(yuǎn)程DMA計(jì)數(shù)器RBCR1(0BH)、RBCR0(0AH)的值為000CH;

b.設(shè)置遠(yuǎn)程DMA地址RSAR1(09H)、RSAR0(08H)的值為0000H;

c.設(shè)置命令寄存器CR(00H)為遠(yuǎn)程DMA讀，即0AH;

d.重復(fù)從數(shù)據(jù)端口(10H)讀6個(gè)字節(jié)，這6個(gè)字節(jié)即網(wǎng)絡(luò)物理地址;

e.停止遠(yuǎn)程DMA，設(shè)置CR為21H，RBCR1、RBCR0為0000H。

(6)設(shè)置接收狀態(tài)寄存器RCR(0CH)為04H。