转自:http://blog.csdn.net/zhaocj/article/details/5672588
感谢赵老师的博客,让我学到了很多东西,少走了很多弯路
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<length;i+=2) { 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<rx_length; i+=2) //16位数据转换为8位数据存储 { 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<packet_len;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。