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基于三星S3C44B0芯片实现VxWorks网络接口的软硬件设计

2020年04月04日 18:20 次阅读

VxWorks操作系统以其高度的可靠性、优秀的实时性、灵活的可裁减性等优势在嵌入式系统中备受关注,广泛应用于许多行业;而随着网络技术的发展,嵌入式技术与网络技术的结合已成必然。VxWorks是最早在其内核中加入TCP/IP协议的嵌入式实时操作系统。如何设计基于VxWorks的网络接口,是摆在嵌入式开发人员面前的首要课题。本设计以三星公司的ARM7(S3C44B0)为核心CPU,开发了VxWorks下的网络接口,包括硬件设计和软件实现两个部分。

1、 硬件设计

核心CPU采用三星公司的S3C44B0。S3C44B0采用ARM7TDMI内核,它通过提供全面的、通用的片上外设,大大减少了系统电路除处理器以外的元器件配置,降低了系统成本。 网络接口芯片采用Realtek公司生产的RTL8019AS。它是一款高度集成的以太网控制器,不仅集成了MAC(介质访问控制)子层和物理层的性能,而且与NE2000兼容,具有软件可移植性强以及价格低廉等优点。

S3C4480与RTL8019AS的硬件接口原理如图1所示。从图1中可以看出,RTL8019AS的使能端连到S3C44B0的nGCS3,因此它的地址映射在系统的Bank3上,基地址为0x06000000。RTL8019AS支持8位/16位数据总线,在本电路中采用16位方式。

基于三星S3C44B0芯片实现VxWorks网络接口的软硬件设计

RTL8019AS共有32个输入/输出地址,对应地址偏移量为0x00~0x1f。现分别说明如下:

①0x00~0x0f的16个地址,为寄存器地址。

②0x10~0xl7的8个地址,为数据读写端口地址。它们都是一样的,每个都可以用来做数据读写端口,只要用其中一个就可以了。

③0x18~0x1f的8个地址,为复位端口。它们的功能都是一样的。但需要注意,实际上只有0x18、0x1a、0x1c、0xle这几个复位端口是有效的,其他不要使用;因为有些兼容卡不支持0xl9、0xlb、Oxld等奇数地址的复位。

在软件设计时,尤其要注意以下两点:

①RTL8019AS的地址线从SA0~SA4依次连到S3C4480的ADDR1~ADDR5上,因此,RTL8019的寄存器地址要左移1位。

②RTL8019AS使用EXINT1中断,且上升沿触发。

2 、软件实现

2.1 VxWorks的网络协议栈和MUX接口

VxWorks中的网络协议栈叫作“SENS(Scalable En-hanced Network STack)”,即可裁减增强网络协议栈。SENS是基于4.4BSDTCP/IP协议栈发展而来的。它包含了许多4.4BSDTCP/IP协议栈没有的协议;而且SENS在实现一些协议功能时增加了许多新特性。如在IP协议实现时增加了多播功能。SENS协议栈层次如图2所示。

SENS的基本特征与传统的TCP/IP网络协议栈相似,但从图2中可以看出,SENS最大的特点是在数据链路层和网络协议层之间多了MUX层。在SENS中网络接口的驱动程序叫作“END(Enhanced Network Driver)”,即增强型网络驱动程序,它处于数据链路层。IP层和TCP/UDP层合称为“网络协议层”。在数据链路层和网络协议层之间有应用程序接口(API),这个接口在SENS中叫作“MUX(Multiplexer)接口”。MUX接口如图3所示。MUX接口起到隔离网络驱动程序与网络协议的作用。在老式的BSD4.3的驱动模式下,网络驱动程序和协议是紧密联结的,无论协议还是驱动程序都需要了解对方的数据结构。而在新的基于MUX的模式下,驱动程序和协议并不需要了解对方。它们通过MUX接口来通信。例如,在收到一个包后,网络驱动程序并不直接访问协议的数据结构;相反,当准备将数据传给协议层时,它调用一个MUX提供的函数,该函数处理把数据传给协议层的细节。这使得添加一个新的驱动程序或协议十分容易。MUX实现了下面的一套函数集:muxBind()、muxUn-bind()、muxDevLoad()、muxDevUnload()、muxReceive()、muxError()、muxSend()、muxTxRestartRtn()、muxM castAddrDel()、muxMcastAddrGet()、mux-PollSend()、muxMcastAddrAdd()、muxPollReceive()、muxIoctrl()。网络驱动程序和协议都要调用上面的函数,不需要为它们添加任何附加代码。

2.2 END设备驱动程序装载过程

在VxWorks中,END设备驱动程序装载过程可以分为3个步骤,即指定END设备,装载END设备和启动END设备。END设备的指定是通过数组endDevTbl[ ]来完成的,该数组描述了系统中的所有网络设备的装载人口点及其相关参数。系统调用MUX设备装载函数mux-DevLoad()来装载END设备,调用MUX设备启动函数muxDevStart()来启动END设备。网络设备驱动程序的装载过程如图4所示。系统通过usrRoot()函数来调用usrNeTInit()函数完成MUX的初始化,装载网络设备表endDevTbl[ ]中描述的所有设备,并将IP协议绑定到网络引导设备上等。

当网络设备产生中断时,VxWorks调用驱动程序先前注册的中断服务程序。中断服务程序应做尽可能少的工作,以完成将数据包从本地网络设备送出/取出的操作。

2.3 文件配置

由于RTL8019兼容NE2000网卡芯片,只需要在其基础上完成必要的修改。首先将Tornado2.2\target\src\drv\end目录下的ne2000End.c和Tornado2.2\target\h\dry\end目录下的ne2000End.h拷贝到bsp目录下,然后修改以下文件。

(1) 修改ne2000End.C

①修改头文件包含目录;

②sysIntConnect修改为intConnect;

③sysLanIntenable修改为intEnable,并修改返回类型void为STATUS。

(2) 修改ne2000End.h

将寄存器地址左移1位,如:

#define ENE_RSTART(0x01《《1)

(3) 修改config.h

添加网络宏定义:

①#define INCLUDE_NETWORK

②#define INCLUDE_END

③#ifdef INCLUDE_END

#undef INCLUDE_SNGKS32C_END

#define INCLUDE_NE2000_END

#endif/*INCLUDE_END*/[page]

(4) 修改configNet.h

在endDevTbl[ ]表中添加新的装载函数(其函数命名格式为xxLoad( ))入口点及相关参数。

(5) 修改Makefile

添加MACH_EXTRA=ne2000End.o

(6) 修改sysLib.c

①添加MAC地址定义:

unsigned char ne2000EnetAddr[]=ETHERNET_MAC_ADRS;

②添加 sysInByte、sysOutByte、syslnWordString和sysOutWordString函数。

③在sysHwInit()中添加CPU端口初始化:

④在sysHwInit()中添加RTL8019芯片的复位和初始化函数。相关代码如下(有关寄存器的宏定义请参照RTL8019数据手册):

3、结 语

本文在VxWorks嵌入式实时操作系统下,提出了网络接口的解决方案,即以ARM7(S3C44B0)为核心CPU,控制网络控制器TRL8019实现网络通信。本文首先简单介绍了几款主要芯片,给出了硬件原理图;然后简要分析了VxWorks下的网络协议和驱动装载过程;最后,针对此网络接口,详细列出了VxWorks下文件配置过程,提供了部分软件源程序,对开发人员有一定的参考价值。

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