基于ARM LPC2210的以太网RTL8019AS驱动系统设计

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开发环境         硬件环境：LPC2200

                            操作系统：UC/OS-II操作系统

                            编译环境：ADS1.2

Update-Time   : 2011年2月28日星期四

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 一．            系统硬件概述

 1.1.ARM LPC2210芯片简介

LPC2210是Philips公司推出的微处理器，带有16 KBRAM，76个通用I／O口，12个独立外部中断引脚，集成有8通道的10位A／D，能够基于芯片设计复杂的系统。

 1.2. RTL8019AS芯片简介

?  RTL8019AS是台湾Realtek半导体公司生产的以太网控制器，其性能包括：支持EthernetII和IEEE802．3标准；支持8／16位数据总线；内置16 KWord的SRAM；全双工，收发同时达到10 Mb／s；支持BNC，AUI，UTP介质。RTLS019AS可提供100脚的TQFP封装，减少了PCB面积，更适合于嵌入式系统。

1.3.HR901170A芯片简介

HR901170A是汉仁电子有限公司生产的RJ45接口连接器(带网络变压器／滤波器)，该连接器满足IEEES02．3和IEEE902．3ab标准，能够较好地抑制电磁干扰。通过HR901170A系统就可以连接到以太网上。

注：RTL8019AS与网络介质之间的连接由Rj45接头HR901170A完成。

二       RTL8019AS芯片工作原理

2.1RTL8019AS寄存器及其映射方式

?  RTL8019AS寄存器采用内存映射的方式。映射地址根据具体的硬件连接方式不同而不同。在LPC2210开发板中RTL8019AS在CPU的存储空间上映射的基地址为0X83400000。

?  LPC2210 通过16 位DMA 方式实现对RTL8019AS 双口RAM的访问，另外使用P0.8控制RTL8019AS芯片复位，使用以太网接口时必须将P0.8设置为输出模式，并且将跳线器JP8_NET_RST短接。RTL8019AS芯片中的中断输出与P0.9(EINT3)相连，当需要使用RTL8019AS中断时必须将P0.9设置为EINT3功能，并且将跳线器JP8_NET_INT短接。

2.2RTL8019AS内部结构及工作原理

1>RTL8019AS 芯片内部具有一个16Kbytes 的双口RAM作为数据FIFO, 它从逻辑上可划分为64 个256 字节的页,每一个页面包括16个寄存器，每个寄存器均是8位。在不同的页面下，同一个端口对应不同的寄存器。

2>一般将RAM的前12页(即0X4000~0X4bff)存储区作为发送缓冲区；后52页(即0x4c00~0x7fff)存储区作为接收缓冲区；页的地址就是地址的高8位（即0x40~0x4b;0x4c~0x7f）；第0页叫Prom页，只有32字节，地址为0x000~0x001f,用于存储以太网物理地址。

说明：

?  寄存器和内置RAM是网卡功能实现的载体，驱动程序也是通过对它们的操作完成CPU所指令的任务。驱动程序所涉及的寄存器主要在Page0和Page1。

?  至于内置RAM，在Jumper模式下我们只需要关心其收发缓存部分。偏移地址从0x4000开始至0x7FFF的16KB RAM区域构成8019的收发缓存，它以256字节为单位划分为64页(Page)，页地址为0x40 ~ 0x7F，发送和接收缓存所分配的页数可以由驱动程序设定。一种比较常见的分配方式为[0x40,0x4C)用作发送，[0x4C,0x80)用作接收，这也是本例所采用的配置。

3>接收和发送数据包是通过DMA读写RTL8019AS内部的16K B RAM,它是双端口的RAM,即有两套总线连接到该RAM。

如图2：

?  一套总线是RTL8019AS读或写该RAM,即本地DMA;

?  另一套总线是LPC2210读或写该RAM,即远程DMA。

4>本地DMA大部分工作由RTL8019AS自动完成，驱动程序只需要在初始化RTL8019AS时设置缓冲环的大小(最大不超过64KB)，即寄存器PSTRT和PSTOP的值，同时使PSTART=BNRY(边界寄存器)=CURR+1(当前页面指针寄存器)。

5>远程DMA操作由外部微处理器完成，RTL8019AS有远程读(Remote Read)，远程写(Remote Write)和包发送(Send Packet)三种工作模式，由命令寄存器(CR)中的RD0，RD1和RD2位控制。其中远程读和远程写的工作相似，都是先赋值远程DMA的起始地址寄存器(RSAR0,RSAR1)和远程DMA字节计数器(RBCR0,RBCR1),然后在RTL8019AS的远程DMA端口读写即可。包发送操作用于数据发送，只需要发送一个包发送命令，就可以在RTL8019AS的远程DMA端口读取RAM中接收的数据。当执行这个指令时，RTL8019AS就自动设置了起始地址寄存器和字节计数器，边界寄存器(BNRY)指向下一个数据帧。

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关于具体的寄存器功能请大家查看RTL8019AS的数据手册。

三    以太网驱动系统设计说明

3.1以太网驱动系统概述

以太网RTL8019AS驱动系统的内容是完成对芯片初始化，接收数据包和发送数据包模块的编写。发送数据包时，驱动程序把要发送的数据按指定格式写入芯片并启动发送命令，RTL8019AS会自动把数据转换成物理帧格式在物理信道上传输。反之，当接收数据报时，RTL8019AS收到物理信号后将其还原成数据，按指定格式存放在RAM中，以便主机程序取用。驱动程序通过控制RTL8019AS内部寄存器以及DMA端口，来实现芯片初始化，接收数据报和发送数据报的任务。

3.2 RTL8019AS以太网驱动系统的组成

?  芯片初始化模块：初始化模块是针对以太网RT8019AS进行的初始化设置，使其能正常芯片复位，设置芯片寄存器及启动芯片。

?  发送数据报模块：所有的数据发送都要通过该模块发送

?  接收数据报模块：查询是否有新数据包并接收进缓冲区

?  写数据子模块：把数据写入RTL8019AS芯片中

?  读数据子模块: 从RTL8019AS中把数据读出

?  设置芯片物理地址子模块: 将物理地址写入RTL8019AS(PAR0~PAR5)寄存器中。

?  页面切换模块：页面切换功能,可选择0,1,2三页,第四页作为芯片保留。

四．            芯片初始化模块

4.1芯片初始化模块的功能

初始化LPC2210 与设备相关的控制管脚和初始化RTL8019AS 相关控制寄存器

4.2 芯片初始化模块的组成

1>  选择引脚：

使用P0.8引脚控制RTL8019AS芯片复位时,要将P0.8设置为输出模式

2>  复位芯片

?  设置P0.8为输出高电平，控制RTL8019AS硬件复位

?  向RTL8019AS的0x1f号寄存器写入00使RTL8019AS软件复位。

3>  使RTL8019AS芯片停止

配置命令寄存器(CR):配置CR寄存中的RD2,RD1,RD0三位为100使DMA为停止模式，配置STA,STP位为01。使8019芯片停止，为进行寄存器设置做准备。

4>  设置RTL8019寄存器

设置RTL8019AS芯片寄存器,主要完成对以下几个寄存器的初始化：

?  RBCR0,RBCR1:配置远程DMA字节计数寄存器

?  PSTART:配置接收缓冲区的起始页地址

?  PSTOP:配置接收缓冲区的结束页的地址

?  TPSR:配置发送缓冲区的起始地址

?  BNRY:配置边界寄存器（读指针）

?  CURR:配置当前的接收结束页地址（写指针）

1)设置远程DMA字节计数寄存器(RBCR0,RBCR1)：初始化远程DMA字节计数器为0

2)设置接收配置寄存器(RCR)和传输配置寄存器(TCR)

在配置寄存器时，要与外部网络断开（因此设置接收配置寄存器的MON位，和传输配置寄存器的LOOPBACK，与外网断开）。

3)设置数据配置寄存器(DCR):设置FT1,FT0位为10进行FIFO的选择；设置ARM位为0，使其不发送命令包；设置LS位为1，使其为正常模式；LAS位必须为0；设置BOS位为1，使其为大端格式(即高字节在低地址中)；设置WTS位为1，使其为字长度的DMA传送(16字节DMA传送)

4)初始化接收缓冲区容量为：0x4c~0x7f(PSTART=0X4C,PSTOP=0x80)共52个页。

?  设置页面起始寄存器(PSTART):初始化页面接收缓冲环的起始地址为0x4c。

?  设置页面终止寄存器(PSTOP)：初始化页面接收缓冲环的结束地址为0X80。

5)初始化发送缓冲区容量为：0x40~0x4b(TPSR=0X40,BNRY=0X4C)共12页，可存储两个最大以太网数据包。（每一页256字节，256*12=3072，而一个以太网最大数据包为1518）。

?  设置页面边界寄存器(BNRY读指针):初始化页面最后一次页面接收缓冲环的地址为0X4C。

?  设置页面传输起始寄存器(TPSR):初始化传输包的页面开始地址为0x40。

6)初始化中断状态寄存器和中断屏蔽寄存器。

?  设置中断状态寄存器(ISR):清除所有中断标志位。

?  设置中断允许寄存器(IMR):初始化使能OVW(溢出中断)和PRX（接收包无错误中断）.

7)设置当前页面寄存器(CURR): 设置当前页面地址为0x4d

注：该寄存器指出首先接收缓冲器页面地址。这个寄存器用来对数据包的接收（为写页指针）。

8)设置组播地址寄存器(MR0~MR7):初始化组播地址为0。

说明：组播地址寄存器用于提供为CRC逻辑提供，组播地址的过滤位。

9)设置芯片物理地址：

调用写数据子模块将实际地址写入MAC地址寄存器（PAR0~PAR05）中。

这些寄存器用于记录本以太网节点的MAC地址，并用于对比接收包的目标地址是否一致而决定接收还是放弃。

10）设置传输配置寄存器(TCR)和接收配置寄存器(RCR)为正常模式，与外部网络连接

5>  设置芯片启动

6>  配置中断状态寄存器(ISR)清除所有中断标志位

4.3 芯片初始化模块的接口

芯片初始化模块调用了写数据子模块，页面切换子模块和设置芯片物理地址子模块

?  设置芯片物理地址子模块: 将物理地址写入RTL8019AS芯片中。

?  写数据子模块：将数据写入RTL8019AS芯片中

?  页面切换子模块：可选择Page0,Page1,Page3三个页面。

4.3 芯片初始化模块程序

/****************************Copyright(c)********************

**                            西安邮电学院

**                            graduate school

**                                                                 XNMS实验室

**                            Author:冀博

**                                                                 Time:2011年2月21日

**                            http://blog.csdn.net/tigerjb

**

****************************Copyright(c)********************/

/**********************************************************

**函数原型        :void        InitNic()

**入口参数           :无

**返 回 值           :无           

**说    明            :对芯片的工作寄存器进行设置,各个寄存器的用法可参考文档和

**                       络芯片的数据手册

**********************************************************/

void InitNic(uint8 num) 

{

       uint8  i;

       uint8  j;

       //使P0.8引脚为输出

       IODIR=IODIR|NET_RST;

       //向P0.8引脚写1，硬件复位

       IOCLR=NET_RST;

       for(i=0;i<200;i++)

       {

              for(j=0;j<200;j++);

       }

       IOSET=NET_RST;

       for(i=0;i<200;i++)

       {

              for(j=0;j<200;j++);

       }

       IOCLR=NET_RST;

       for(i=0;i<200;i++)

       {

              for(j=0;j<200;j++);

       }     

       //软件复位

       WriteToNet(0x1f,0x00);  

       for(i=0;i<200;i++)

       {

              for(j=0;j<200;j++);

       }

       //使芯片处于停止模式,这时进行寄存器设置

       WriteToNet(0x00,0x21); 

       //延时10毫秒,确保芯片进入停止模式

       for(i=0;i<200;i++)

       {

              for(j=0;j<200;j++);

       }

       page(0);

       //设置远程DMA起始地址寄存器(RBCR0,RBCR1)为0

       WriteToNet(0x0a,0x00);  

       WriteToNet(0x0b,0x00);  

       //设置接收配置寄存器（RCR)和传输寄存器(TCR)

       WriteToNet(0x0c, 0xe0);

       WriteToNet(0x0d, 0xe2);

       //设置数据配置寄存器DCR

       WriteToNet(0x0e,0xcb);

       //初始化接受缓冲区容量为0X4C~0X7F(PSTART=0X4C,PSTOP=0X80)

       WriteToNet(0x01,0x4c);          

       WriteToNet(0x02,0x80);         

       //初始化发送缓冲区容量为0X40~0x4b(TPSR=0X40,bnry=0x4c)

       WriteToNet(0x03,0x4c);     

       WriteToNet(0x04,0x40); 

/*初始化中断寄存器（ISR和IMR)清除所有中断标志位,使能OVW和PRX中断

*/

       WriteToNet(0x07,0xff); 

       WriteToNet(0x0f,0x11); 

       //初始化当前页面寄存器CURR=BNRY+1

       page(1);

       WriteToNet(0x07,0x4d); 

       //初始化组播地址寄存器（MR0~MR5)

       WriteToNet(0x08,0x00);

       WriteToNet(0x09,0x00);

       WriteToNet(0x0a,0x00);

       WriteToNet(0x0b,0x00);

       WriteToNet(0x0c,0x00);

       WriteToNet(0x0d,0x00);

       WriteToNet(0x0e,0x00);

       WriteToNet(0x0f,0x00);

    //将物理地址写入MAC(PAR0~PAR5)寄存器中

       SetMacID(NetPort[num].My_Mac); 

       page(0);

/*设置传输配置寄存器（TCR）和接收配置寄存器（RCR）,将芯片设置成正常模式,跟外部网络连接

*/

       WriteToNet(0x0c,0xcc); 

       WriteToNet(0x0d,0xe0);

       //启动芯片开始工作

       WriteToNet(0x00,0x22); 

       //清除所有中断标志位

       WriteToNet(0x07,0xff);          

}