s3c2440的网卡接口扩展

网络对于嵌入式系统来说必不可少。可是s3c2440没有集成以太网接口，所以要想使s3c2440具备以太网的功能，就必须扩展网卡接口。在这里，我们外接DM9000，使其可以与以太网相连接。
 
       DM9000可以直接与ISA总线相连，也可以与大多数CPU相连。在这里，我们当然是要让DM9000与s3c2440相连接了。DM9000对外来说只有两个端口——地址口和数据口，地址口用于输入内部寄存器的地址，而数据口则完成对某一寄存器的读写。DM9000的CMD引脚用来区分这两个端口，当CMD引脚为0时，DM9000的数据线上传输的是寄存器地址，当CMD引脚为1时，传输的是读写数据。我们把DM9000的A8和A9接为高电平，把A4~A7接为低电平，并且把DM9000的AEN接到s3c2440的nGCS4引脚上，则DM9000的端口基址为0x20000300，如果再把DM9000的CMD引脚接到s3c2440的ADDR2引脚上，则我们就可以定义DM9000的这两个端口地址，它们分别为：
 
#define DM_ADDR_PORT          (*((volatile unsigned short *) 0x20000300))        //地址口
#define DM_DATA_PORT           (*((volatile unsigned short *) 0x20000304))        //数据口
 
如果要写入DM9000中的某个寄存器，则先把该寄存器的地址赋予DM_ADDR_PORT，然后再把要写入的数据赋予DM_DATA_PORT即可。读取DM9000中的某个寄存器也类似。下面的函数的作用分别是DM9000的读、写寄存器操作：
 
//写DM9000寄存器
void __inline dm_reg_write(unsigned char reg, unsigned char data)
{
DM_ADDR_PORT = reg;            //将寄存器地址写到地址端口
DM_DATA_PORT = data;            //将数据写到数据端口
}
 
//读DM9000寄存器
unsigned char __inline dm_reg_read(unsigned char reg)
{
DM_ADDR_PORT = reg;           
return DM_DATA_PORT;             //将数据从数据端口读出
}
      
       完成了对DM9000寄存器的读写函数的编写，下面我们就可以初始化DM9000，它的过程就是适当配置DM9000寄存器的过程。DM9000的内部寄存器在这里就不做介绍，而且DM9000的应用数据手册也有如何初始化DM9000的步骤，我们这里只给出具体的程序：
 
void dm_init(void)
{
       dm_reg_write(DM9000_NCR,1);         //软件复位DM9000
       delay(30);              //延时至少20μs
       dm_reg_write(DM9000_NCR,0);         //清除复位位
 
       dm_reg_write(DM9000_NCR,1);         //为了确保复位正确，再次复位
       delay(30);
       dm_reg_write(DM9000_NCR,0);
      
       dm_reg_write(DM9000_GPCR,1);       //设置GPIO0为输出
       dm_reg_write(DM9000_GPR,0);         //激活内部PHY
      
       dm_reg_write(DM9000_NSR,0x2c);           //清TX状态
       dm_reg_write(DM9000_ISR,0xf);                     //清中断状态
      
       dm_reg_write(DM9000_RCR,0x39);           //设置RX控制
       dm_reg_write(DM9000_TCR,0);                //设置TX控制
       dm_reg_write(DM9000_BPTR,0x3f);         
dm_reg_write(DM9000_FCTR,0x3a);
       dm_reg_write(DM9000_FCR,0xff);
dm_reg_write(DM9000_SMCR,0x00);
   
       dm_reg_write(DM9000_PAR1,0x00);         //设置MAC地址：00-01-02-03-04-05
       dm_reg_write(DM9000_PAR2,0x01);        
       dm_reg_write(DM9000_PAR3,0x02);
dm_reg_write(DM9000_PAR4,0x03);
       dm_reg_write(DM9000_PAR5,0x04);
dm_reg_write(DM9000_PAR6,0x05);
   
       dm_reg_write(DM9000_NSR,0x2c);           //再次清TX状态
       dm_reg_write(DM9000_ISR,0xf);                     //再次清中断状态
 
       dm_reg_write(DM9000_IMR,0x81);           //打开接受数据中断
}
 
       DM9000内部有0x3FF大小的SRAM用于接受和发送数据缓存。在发送或接收数据包之前，数据是暂存在这个SRAM中的。当需要连续发送或接收数据时，我们需要分别把DM9000寄存器MWCMD或MRCMD赋予数据端口，这样就指定了SRAM中的某个地址，并且在传输完一个数据后，指针会指向SRAM中的下一个地址，从而完成了连续访问数据的目的。但当我们在发送或接受一个数据后，指向SRAM的数据指针不需要变化时，则要把MWCMDX或MRCMDX赋予数据端口。下面的程序为DM9000发送数据的函数，它的两个输入参数分别为要发送数据数组首地址和数据数组长度。在这里我们已经知道数据的宽为16位，它是由DM9000的硬件引脚设置实现的。
 
void dm_tran_packet(unsigned char *datas, int length)
{
       int i;
      
       dm_reg_write(DM9000_IMR, 0x80);          //在发送数据过程中禁止网卡中断
 
       dm_reg_write(DM9000_TXPLH, (length>>8) & 0x0ff);           //设置发送数据长度
dm_reg_write(DM9000_TXPLL, length & 0x0ff);
   
       DM_ADDR_PORT = DM9000_MWCMD;                 //发送数据缓存赋予数据端口
      
       //发送数据
       for(i=0;i        {
              delay(50);
              DM_DATA_PORT = datas[i]|(datas[i+1]<<8);            //8位数据转换为16位数据输出
       }    
      
dm_reg_write(DM9000_TCR, 0x01);          //把数据发送到以太网上
 
while((dm_reg_read(DM9000_NSR) & 0x0c) == 0)
       ;                           //等待数据发送完成
      
delay(50);
 
dm_reg_write(DM9000_NSR, 0x2c);          //清除TX状态
dm_reg_write(DM9000_IMR, 0x81);          //打开DM9000接收数据中断
}
 
       发送数据比较简单，接收数据就略显复杂，因为它是有一定格式要求的。在接收到的一包数据中的首字节如果为0x01，则表示这是一个可以接收的数据包；如果为0x0，则表示没有可接收的数据包。因此在读取其他字节时，一定要先判断首字节是否为0x01。数据包的第二个字节为数据包的一些信息，它的高字节的格式与DM9000的寄存器RSR完全一致。第三个和第四个字节为数据包的长度。后面的数据就是真正要接收的数据了。下面就是DM9000接收数据的程序，其中输入参数为存放输入数据数组的首地址，输出参数为接收数据的长度。
 
int dm_rec_packet(unsigned char *datas)
{
       unsigned char int_status;
       unsigned char rx_ready;
       unsigned short rx_status;
       unsigned short rx_length;
       unsigned short temp;
       int i;
 
       int_status = dm_reg_read(DM9000_ISR);           //读取ISR
       if(int_status & 0x1)                     //判断是否有数据要接受
       {
              rx_ready = dm_reg_read(DM9000_MRCMDX);         //先读取一个无效的数据
              rx_ready = (unsigned char)DM_DATA_PORT;            //真正读取到的数据包首字节
             
              if(rx_ready == 1)                 //判读首字节是否为1或0
              {
                     DM_ADDR_PORT = DM9000_MRCMD;           //连续读取数据包内容
 
                     rx_status = DM_DATA_PORT;                           //状态字节
                    
                     rx_length = DM_DATA_PORT;                          //数据长度
                    
                     if(!(rx_status & 0xbf00) && (rx_length < 10000))     //判读数据是否符合要求
                     {
                            for(i=0; i                             {
                                   delay(50);
                                   temp = DM_DATA_PORT;
                                   datas[i] = temp & 0x0ff;
                                   datas[i + 1] = (temp >> 8) & 0x0ff;
                            }
                     }
              }
              else if(rx_ready !=0)      //停止设备
              {
                     //dm_reg_write(DM9000_IMR,0x80);  //停止中断
                     //dm_reg_write(DM9000_ISR,0x0F);   //清中断状态
                     //dm_reg_write(DM9000_RCR,0x0);    //停止接收
                     //还需要复位系统，这里暂时没有处理
              }
       }
       dm_reg_write(DM9000_ISR, 0x1);             //清中断
       return rx_length;
}
 
       关于DM9000的设置我们就介绍到这里，下面就是s3c2440的设置。在这里，网卡发送数据利用的是查询方式，接收数据利用的是中断方式，因此我们把DM9000的INT引脚连接到了s3c2440的EINT7上。另外我们还是用UART0接口来控制和显示网卡数据。这两个接口的初始化为：
 
//uart0 port
rGPHCON = 0x00faaa;
rGPHUP  = 0x7ff;
rULCON0 = 0x3;
rUCON0 = 0x5;
rUFCON0 = 0;
rUMCON0 = 0;
rUBRDIV0 = 26;
    
rSRCPND = (0x1<<27)|(0x1<<28);
rSUBSRCPND = 0x1;
rINTPND = (0x1<<27)|(0x1<<28);
rINTSUBMSK = ~(0x1);
rINTMSK = ~((0x1<<27)|(0x1<<28));
pISR_UART0 = (U32)uartISR;
 
//EINT7
rGPFCON = 2<<14;
rEXTINT0 = (rEXTINT0 & (~(0x07<<28))) | (0x01<<28);
rEINTMASK &= ~(1<<7);
rSRCPND = rSRCPND | (0x1<<4);
rINTPND = rINTPND | (0x1<<4);
rINTMSK &= ~(1<<4);
pISR_EINT4_7 = (U32)DM9000ISR;
 
下面就利用DM9000来进行简单的网卡传输数据的测验。由于以太网传输数据都是基于某种协议的，因此要传输数据，必须遵循一定的协议格式。这里我们实现较为简单的ARP协议。用于以太网的ARP请求/应答分组格式为：14个字节的以太网首部＋28个字节ARP请求/应答。以太网首部的格式为：6个字节的以太网目标地址＋6个字节以太网源地址＋2个字节帧类型，对于ARP来说，帧类型为0x0806。ARP请求/应答的格式为：2个字节的硬件类型＋2个字节的协议类型＋1个字节的硬件地址长度＋1个字节的协议地址长度＋2个字节的操作码＋6个字节的发送端以太网地址＋4个字节的发送端IP地址＋6个字节的目标以太网地址＋4个字节的目标IP地址。硬件类型为1表示的是以太网，协议类型为0x0800表示的是IP地址，硬件地址长度和协议地址长度分别为6和4，它们都是以字节为单位的，操作码为1表示的是ARP请求，为2表示的是ARP应答。
 
在下面的测试程序中，我们用交叉网线把开发板与PC机（操作系统为Windows XP，网卡的IP地址为192.168.1.120）相连接，我们通过UART发出一个命令，让开发板发出一个ARP请求数据包，然后接收来自PC机的应答，并把该应答信息通过UART显示出来。其中UART的中断复位程序为：
 
void __irq uartISR(void)
{
       char ch;
       rSUBSRCPND |= 0x1;
       rSRCPND |= 0x1<<28;
       rINTPND |= 0x1<<28;
       ch=rURXH0;
       if(ch == 0x33)
              comm=3;               //表示发送一个ARP数据请求包
      
       rUTXH0=ch;
}
 
另外我们还要事先定义一个遵循ARP协议格式的数组：
 
unsigned char arpsendbuf[42]={
 
       0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,                     //以太网目标地址，全1表示为广播地址
       0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,        //以太网源地址
       0x08,0x06,                                        //帧类型：ARP帧
      
       0x00,0x01,                                        //硬件类型：以太网
       0x08,0x00,                                        //协议类型：IP协议
       0x06,                                                //硬件地址长度：6字节
       0x04,                                                //协议地址长度：4字节
       0x00,0x01,                                        //操作码：ARP请求
      
       0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,        //发送端以太网硬件地址
       192, 168, 1, 50,                                 //发送端IP协议地址
       0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,        //接收端以太网硬件地址
       192, 168, 1, 120                                 //接收端IP协议地址
};
 
其中发送端硬件地址，即以太网源地址（00-01-02-03-04-05）是我们初始化DM9000时定义的。而发送端IP协议地址是我们任意定义的。
 
该测试程序的主程序为：
 
void Main(void)
{
……   ……
//一些必要的初始化
 
       comm=0;               //命令
       flag=0;                  //发送ARP请求包标识
      
       dm_init();              //DM9000初始化
             
       while(1)
       {
              if(comm.==3)
              {    
                     comm=0;
                     dm_tran_packet(arpsendbuf, 42 );               //发送ARP请求包
                     flag=1;           //置标识
              }
}
}
 
接收网络上的数据是通过外部中断方式的，在这个中断处理程序中，主要完成的是接收网卡数据，并把接收到的数据发送到UART，让其显示到PC机上。这里我们还需解决一个问题，那就是当我们发送一个ARP请求包的时候，XP系统并不会应答一个ARP数据包，而是应答一个IP协议数据包，当再多次发出ARP请求包后，才会得到ARP应答包。因此当s3c2440发送ARP请求包后，它首先要检查所接收到的数据包，如果不是ARP应答包，它就要再次发送ARP请求包，直到得到ARP应答包为止。因此中断处理程序为：
 
void __irq DM9000ISR(void)
{
       int i;
      
       rSRCPND = rSRCPND | (0x1<<4);
       rINTPND = rINTPND | (0x1<<4);
 
       if(rEINTPEND&(1<<7))
       {
              rEINTPEND = rEINTPEND | (0x1<<7);
 
              packet_len = dm_rec_packet(buffer);                  //接收网卡数据
 
              if((buffer[12]==0x08)&&(buffer[13]==0x06))          //是ARP协议
              {           
                     //通过UART显示出来
                     for(i=0;i                      {
                            while(!(rUTRSTAT0 & 0x2)) ;
                            rUTXH0 = buffer[i];
                     }
 
                     flag=0;                  //清标志
              }
              else if(flag==1)             //如果在发出ARP请求包后，接收到的数据不是ARP协议
              {
                     comm=3;               //继续发送ARP请求包
              }
       }
}
 
       这样，整个网卡程序就编写完毕。为了使大家对程序的因果关系认识得更加清晰，我们再叙述一遍程序的流程：首先初始化UART0，使其用中断方式接收数据，查询方式发送数据；初始化EINT7，这是因为DM9000的数据中断引脚INT是连接到s3c2440的外部中断7引脚上的；然后初始化DM9000，主要是配置一些它的寄存器，并使其用中断方式接收网卡数据，查询方式发送数据，这与UART0相似，最后是死循环等待UART0接收中断服务程序中得到的发送ARP请求包命令。当得到发送ARP请求包命令后，调用DM9000发送数据命令，发送事先准备好的一组数据。在发送完ARP数据后，PC机会应答该请求，从而引发s3c2440外部中断7中断，在该中断服务程序中，主要是完成接收ARP应答包的任务，并把它通过UART0显示出来。
 
       当程序被执行完，并在PC机上通过串口调试软件显示出了一个正确的ARP应答包后，我们还可以通过下列方法来进一步验证该程序的正确性：打开Windows XP系统只带的“命令提示符”小软件，在提示符下输入：arp –a，会出现我们所设置的开发板的MAC地址（00-01-02-03-04-05）和IP地址（192.168.1.50），则说明Windows XP系统已经把我们开发板上的网卡信息添加到了它的静态列表中。
 
       我们对该系统进一步分析还会发现，当开发板上电并且DM9000初始化完成后，Windows XP系统会向该开发板发送一些目标地址为广播地址（FF-FF-FF-FF-FF-FF）的ARP数据包和IP数据包，只要我们正确读取它们，就可以在开发板上电后，自动知道与其相连的系统的MAC地址和IP地址了。另外，如果对这一部分感兴趣，还可以编写ICMP协议的数据包，这样就可以让PC机ping通我们的开发板了。