冯翠丽 (长江大学计算机科学学院,湖北 荆州 434023)

应用RTL8019AS的嵌入式设备网络化软件实现

冯翠丽 (长江大学计算机科学学院,湖北 荆州 434023)

嵌入式设备的网络化是当前研究的一个热点问题，其实现方式可以用微处理器直接驱动网卡芯片来接入Internet。详细分析了嵌入式系统中微处理器驱动RTL8019AS的设计思路，提出了一种实现方法，给出了总的程序流程图和关键函数的实现流程图，并作了测试试验。试验结果表明，该方法是可行的。

嵌入式网络；驱动程序；RTL8019AS

嵌入式设备的网络化已是大势所趋[1～3]，且嵌入式设备网络化有很多方案[4，5]，其中最直接的方式就是采用微处理器直接驱动网卡芯片来实现[5，6]。对于目前大量存在的嵌入式设备来说，选择这种方案有成本低的优势[6]。然而，采用该方案的一个关键问题就是要研究驱动程序的设计思路和方法。为此，笔者结合嵌入式Web服务器，给出了一种实现方法，为嵌入式设备低成本接入Internet打下了良好的基础。

1 设计思路

RTL8019AS驱动设计原理图如图1所示。RTL8019AS的内部有一个双端口的RAM[7](图1的“RTL8019AS片内RAM区”)，该RAM和2条数据总线进行交互，它与内部总线(图1中“RTL8019AS内部总线”)的交互被称为Local DMA通道，而与外部数据总线的交互被称为Remote DMA通道。Local DMA完成RTL8019AS(以下简称“芯片”)与网络的数据交换，而Remote DMA负责芯片与微处理器的数据交换。

图1 RTL8019AS驱动设计原理图

从应用程序的角度来看[5，8]，当网络上有数据来临时，芯片会自动启动Local DMA写，来完成一系列操作：将收到物理信号还原成数据并过滤(不符合要求的数据包将被拒收)、将数据按照一定的格式存入事先设置好的接收缓存中、设置与接收数据相关的寄存器、产生中断等等。值得注意的是，该组操作是在没有微处理器的参与下，芯片自动完成的。因此，在启用芯片接收数据之前，系统必须指定其片内某块RAM区域作为接收缓存区，此区域的首尾地址分别由PSTART[7](页面开始寄存器)和PSTOP(页面停止寄存器)给出。

图2 3个驱动函数及其与应用程序的关系图

同理，在启用芯片发送数据前，系统必须指定其片内某块RAM区域作为发送缓存区，该区域的首地址由TPSR(传送页面开始寄存器)给出，该区域长度的高低字节分别由TBCR1 (传输字节计算寄存器)和TBCR0给出。

2 设计实现

由上述设计原理，设计的驱动程序总的流程图如图2所示。设计了3个驱动接口函数：初始化函数(Init_Rtl8019AS)、接收驱动函数(Recv_Rtl8019AS)和发送驱动函数(Send_Rtl8019AS)。

2.1读写寄存器函数

微处理器对芯片的各种操作都是通过读写寄存器来完成的[8～10]，读写寄存器是对芯片最基本的操作。为了减少函数嵌套，加快访问速度，笔者采用了宏定义而非函数来读写寄存器。

其中，BASE_ADDR是系统分配给芯片的微处理器I/O基地址，应根据系统的实际硬件连线来定义。将微处理器的0XFFE0～0XFFFF地址[11]空间分配给了芯片，因此应定义为#define BASE_ADDR 0xFFE0。Reg是被访问的寄存器，是一个相对偏移量[7]。XBYTE是Keil C51中I/O访问的关键字。所有函数都是在德国Keil Software公司的uVision2开发平台中用C语言实现的，故可移植性好。

2.2初始化函数

初始化芯片的主要作用是在启动芯片之前配置相关的寄存器和片内RAM收/发缓存区，并按照一定的要求来启动它。在执行此函数后，芯片将处于接收/发送数据包的状态。

2.3接收驱动函数

实现接收驱动函数的关键是先分清几种帧格式。在芯片物理信道上收发的数据包都是IEEE 802.3的帧格式[5]，其结构如图3(a)所示。其中，数据域最少46字节，至多1500字节。如数据不足46字节，则用零补足，超过1500字节时，需要拆成多个帧；前导序列(Preamle)、帧起始位(SFD)和CRC校验都由硬件自动添加/删除，与上层应用软件无关。然而，微处理器从芯片片内RAM中读到的数据包帧格式并不是图3(a)所示的格式，而是图3(b)所示的帧格式。由该图可知，芯片自动添加了接收状态、下一页指针和以太网帧长度(以字节为单位)这3个数据成员，它们的引入方便了驱动程序的设计。

图3 2种帧格式

接收函数的实现过程如图4所示。其中，参数**pBuf是将要接收的数据包在系统RAM中的首地址，图中的远程DMA I/O口即是偏移量为0X10H的RAM单元[7]。由图可知，该函数主要有如下几个作用：

1)确定本次接收数据的长度，将高低字节分别赋值给RBCR1(字节计数器)和RBCR0；

2)确定本次接收数据的首地址(在接收缓存中)，将高低字节分别赋值给RSAR1(始地址寄存器)和RSAR0；

3)启动Remote DMA读命令，在微处理的参与下将数据从芯片的片内接收缓存拷贝到系统的RAM中。

2.4发送函数的实现

发送驱动函数的详细流程见图5所示。其中，参数*pBuf是将要发送的数据包在系统RAM中的首地址，Len为该数据包的字节数。该函数主要有如下几个作用：

1)确定芯片片内发送缓存中的空闲区域的首地址Addr，并将高低字节分别赋值给RSAR1和RSAR0；

2)确定本次发送数据的长度Len，将高低字节分别赋值给RBCR1和RBCR0；

3)启动Remote DMA写命令，在微处理的参与下将数据从系统的RAM中拷贝到芯片的片内发送缓存。

3 测试结果分析

这里采用的测试方法是将该系统与PC机在RJ-45口及串口分别对接[11]。测试工具有Keil C51x编译器、编程器、串口精灵、Sniffer Pro。

3.1接收驱动测试

测试接收驱动时，首先在PC机上利用Ping程序向网络中发送数据，这些数据可以被Sniffer抓取，同时，将系统接收到的数据经串口通过串口精灵输出到PC机上，测试结果如图6所示。由图6可知，串口输出的数据(图中被选中部分)与Sniffer抓取的数据一致，表明芯片的接收驱动能正确地工作。

3.2发送驱动测试

图7 发送驱动测试

测试发送驱动时，先让芯片每隔1s钟向网络中发送长度为100字节的数据帧，内容为数字0～9循环出现，同时在PC机上利用Sniffer抓取网络中数据帧，测试结果如图7所示。一共显示了5个数据帧，且每个帧间隔1s，其中帧的内容是数字0～9循环出现，共100个字符。这表明芯片的发送驱动能正确地工作。

4 结 语

笔者详细地阐述了利用微处理器控制RTL8019实现设备网络化时驱动程序设计思路及关键函数的实现，最后给出了相应的测试结果。测试结果表明，笔者的设计思路是可行的。

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[编辑] 易国华

TP393

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1673-1409(2009)02-N087-04

2009-02-26

冯翠丽(1980-)，女，2003年大学毕业，讲师，现主要从事网络技术方面的研究工作。