采用S3C2440A的嵌入式U-BOOT千兆網(wǎng)絡(luò )設計

U—BooT支持網(wǎng)絡(luò )功能，在下載操作系統內核和大的文件系統時(shí)，比其它不支持網(wǎng)絡(luò )的引導加載程序速度更快、更方便。目前U—BOOT僅支持10M／100M的網(wǎng)絡(luò )功能，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)發(fā)展，千兆網(wǎng)絡(luò )功能必將大量應用在嵌入式系統中。本文介紹了一種讓U—BOOT支持千兆網(wǎng)絡(luò )功能的方法，可以使U—BOOT功能更加強大，使用更加方便。

U—BOOT簡(jiǎn)介

U—BOOT的全稱(chēng)是Universal Boot Loader，它遵循GPL條款的開(kāi)放源碼項目，支持多種處理器，如ARM、PowerPC、MIPS等，也支持Linux、VxWorks、QNX、RTEMS、ARTOS、LynxOS等嵌入式操作系統。

U-BOOT包含兩種不同的工作模式：?jiǎn)?dòng)加載模式和下載模式。啟動(dòng)加載模式也稱(chēng)為自主模式，即U—BOOT從目標機上的某個(gè)固態(tài)存儲設備上將操作系統加載到RAM中運行，這種模式是U—BOOT的正常工作模式。下載模式就是在開(kāi)發(fā)或生產(chǎn)過(guò)程中，U—BOOT通過(guò)網(wǎng)絡(luò )連接等通信手段從主機下載操作系統內核和文件系統等到目標機的RAM中，然后再寫(xiě)到目標機上的FLASH類(lèi)固態(tài)存儲設備中。U—BOOT允許用戶(hù)在這兩種工作模式間進(jìn)行切換，系統啟動(dòng)時(shí)會(huì )延時(shí)等待一段時(shí)間，如果這時(shí)用戶(hù)沒(méi)有按鍵，U—BOOT就默認進(jìn)入啟動(dòng)加載模式。

U—BOOT代碼采用一種高度模塊化的編程方式，可以很方便地在不同的硬件平臺上進(jìn)行移植。U—BOOT下包含多個(gè)目錄，如圖1所示。其中BOARD目錄下存放了所有其支持的目標板子目錄，比如BOARD／SMDK2440/就是本文將要用到的目標板；COMMON目錄是與體系結構無(wú)關(guān)的文件，實(shí)現各種命令的C文件；CPU目錄存放了其支持的CPU類(lèi)型，比如arm920t、mips、mpc8260和nios等，每個(gè)特定的子目錄中都包括cpu．c和interrupt．c、start．s；DRIVERS目錄存放了各種外設接口的驅動(dòng)程序，其中就包含本文用到的千兆網(wǎng)絡(luò )的驅動(dòng)程序；FS目錄存放了一些文件系統，U—BOOT現在支持cramfs、fat、fdos、jffs2和registerfs；net目錄存放的是與網(wǎng)絡(luò )有關(guān)的代碼，BOOTP協(xié)議、TFTP協(xié)議、RARP協(xié)議和NFS文件系統的實(shí)現，INCLUDE目錄存放了一些相關(guān)頭文件，還有對各種硬件平臺支持的匯編文件、系統的配置文件和對文件系統支持的文件。



硬件平臺

本文使用的硬件平臺是基于S3C2440A的開(kāi)發(fā)板和基于非PCI千兆以太網(wǎng)控制芯片AX88180的嵌入式網(wǎng)卡，如圖2所示。S3C2440A是ARM920T核的16／32位RISC嵌入式微處理器，運行頻率高達500MHz，開(kāi)發(fā)板上有64M NAND閃存、64M SDRAM；網(wǎng)卡由MAC芯片AX88180、PHY芯片88E1111、RJ45等電路組成；S3C2440A目標板與網(wǎng)卡之間采用目標板32位擴展總線(xiàn)相連接，在產(chǎn)品設計時(shí)也可以將這兩部分設計在同一塊板上。




驅動(dòng)程序

在U-BOOT中嵌入千兆網(wǎng)絡(luò )功能需要設計千兆網(wǎng)卡驅動(dòng)程序，并在U—BOOT中進(jìn)行移植，在相應的硬件平臺上實(shí)現通過(guò)千兆網(wǎng)口下載等功能。網(wǎng)卡驅動(dòng)程序主要由初始化程序eth_init(bd_t*bd)、關(guān)閉網(wǎng)絡(luò )設備程序eth_halt(void)、發(fā)送數據包程序eth_send(volatilevoid*packet，intlength)、接收數據包程序inteth_rx(void)等組成。初始化程序的工作主要是配置和初始化硬件，在初始化程序里可以完成對網(wǎng)絡(luò )控制芯片AX88180和PHY芯片的配置，比如將接口設置為1000Mbps、全雙工模式等。數據發(fā)送就是將上層協(xié)議打包好的數據放在發(fā)送數據緩沖區，然后由網(wǎng)卡發(fā)送到網(wǎng)絡(luò )上；數據接收就是在網(wǎng)卡接收到網(wǎng)絡(luò )傳來(lái)的數據包產(chǎn)生中斷后，從緩沖區將數據取出交給上層協(xié)議程序進(jìn)行解包處理。中斷服務(wù)程序處理網(wǎng)卡發(fā)送數據包后、接收到數據包后產(chǎn)生的中斷以及PHY產(chǎn)生的中斷等。

網(wǎng)卡初始化程序如下：

int eth_init(bd_t*bd)
{
memset(axlocal，0，sizeof(AX88180_PRIVATE))；
RESET_MAC；
DISABLE_INTERRUPT；
WRITE_MACREG(CMD，WAKEMOD)；
tmp16=bd-＞bi_enetaddr；
macid0_val=(tmp16＜＜8) │ bd＞bi_enetaddr[0]；
tmp16=bd-＞bi_enetaddr；
macid1_val=(tmp16＜＜8)│ bd＞bi_enetaddr；
tmp16=bd-＞bi_enetaddr；
macid2_val=(tmpl6＜＜8)│ bd＞bi_enetaddr；
WRITE_MACREG(MACID0，macid0_val)；
WRITE_MACREG(MACID1，macid1_val)；
WRITE_MACREG(MACID2，macid2_val)；