嵌入式系统的以太网接口设计及linux驱动

1 以太网概述

以太网(Ethernet)是当今局域网采用的最通用的通信协议标准。在以太网中，所有计算机被连接在一条电缆上，采用带冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA／CD)方法，采用竞争机制和总线拓扑结构。基本上，以太网由共享传输媒体，如双绞线电缆或同轴电缆、多端口集线器、网桥或交换机构成。

按照OSI(Open System Interconnection Reference Model，开放式系统互联参考模型)7层参考模型，以太网定义的是物理层(PHY)和数据链路层(对应以太网的MAC层)的标准。

2 嵌入式处理器上扩展以太网接口

以太网接口控制器主要包括MAC乘PHY两部分，如图1所示为嵌入式处理器集成MAC层控制器。

MAC层控制器和PHY的连接是通过MII、RMII等接口实现的。在IEEE802的标准系列中，数据链路层包括LLC和MAC两个子层。其中MAC负责完成数据帧的封装、解封、发送和接受功能。PHY层的结构随着传输速率的不同而有一定的差异。对于1OBaseT等网络，从以太网PHY芯片输出的就是传输所需的差分信号。但是还需要一个网络隔离变压器组成图2的结构。网络隔离变压器可起到抑制共模干扰、隔离线路以及阻抗匹配等作用。

本文介绍一种新款网络接口芯片DM9000A，它可以很方便的实现与嵌入式CPU的接口，实现扩展以太网口的功能。DM9000A是中国台湾DAVICOM公司推出的一款高速以太网接口芯片，其基本特征是：集成10／100M物理层接口；内部带有16K字节SRAM用作接收发送的FIFO缓存；支持8／16bit两种主机工作模式：通过HP认证的AUTO-Mdix(支持直接互连自动翻转)功能；支持TCP／IP加速，减轻CPU负担，提高整机效能；10ns I／O读写时间。DM9000A以太网控制器遵循IEEE颁布的802．3以太网传输协议。该电路还集成了EEPROM接口，自举时通过EEPROM接口输入到芯片中，从而实现自动初始化。

芯片和处理器的连接原理图就不列图表示了，处理器这里选择AT91RM9200，DM9000A与处理器连接时要注意：

◆总线宽度读／写等待周期、时序匹配问题
    　◆CS8900A芯片复位后，在总线上的默认地址如何配置与保存
    　◆默认的中断号及中断触发模式问题(上升沿，还是下降沿；低电平，还是高电平触发)

系统上电时，AT91RM9200通过总线配置DM9000A内部网络控制寄存器(NCR)、中断寄存器(ISR)等，完成DM9000A的初始化。随后，DM9000A进入数据收发等待状态。当AT91RM9200向以太网发送数据时，先将数据打包成UDP或IP数据包，并通过16 bit总线发送到DM9000A的数据发送缓存中，然后将数据长度等信息填充到DM9000A的相应寄存器内，使能发送。当DM9000A接收到外部网络送来的以太网数据时，首先检测数据帧的合法性，如果帧头标志有误或存在CRC校验错误，则将该帧数据丢弃。否则将数据帧缓存到内部RAM，并通过中断标志位通知AT91RM9200，由AT91RM9200对DM9000A接收到的数据进行处理。

3 Linux网络驱动程序

3．1 Linux网络驱动程序体系结构

Linux的网络系统主要是基于BSD UNIX的套接字(socket)机制。在系统和驱动程序之间定义有专门的数据结构(sk_buff)进行数据传输。系统支持对发送数据缓存，提供流量控制机制，提供对多协议的支持。Linux网络驱动程序的体系结构可划分为图2所示的4个层次．Linux内核中提供了网络设备接口及以上层次的代码，所以移植(或编写)特定网络硬件的驱动程序最主要的工作就是完成设备驱动功能层，主要是包括数据的接收，发送等控制。

Linux中所有的网络设备都抽象为一个接口，有结构体struct net_device来表示网络设备在内核中的运行情况，即网络设备接口，此结构体位于网络驱动层的核心地位。net_device中有很多供系访问和协议层调用的设备方法。网络驱动就是要实现这些具体的设备方法。

来源：电子技术