嵌入式以太網(wǎng)控制器設計

　引言

　　目前，隨著(zhù)計算機技術(shù)、通信技術(shù)得飛速發(fā)展，使得使得我們通過(guò)計算機進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )互連的同時(shí)，許多領(lǐng)域的嵌入式設備如工業(yè)控制、數據采集、數控機床和智能儀表等也有接入網(wǎng)絡(luò )的需求。伴隨著(zhù)信息家電出現，嵌入式設備的網(wǎng)絡(luò )化必將擁有更廣闊的發(fā)展前途。在這個(gè)過(guò)程里，首先要解決的問(wèn)題使嵌入式設備如何實(shí)現網(wǎng)絡(luò )互連。

　　基于以太網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò )化控制系統NCS（NetworkedControl System）是繼現場(chǎng)總線(xiàn)控制了當前通信技術(shù)中的以太網(wǎng)及網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，很好地統一了底層的控制網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，建立了良好的兼容接口，因此成為了當前及后工業(yè)控制領(lǐng)域應用和研究的熱點(diǎn)。隨著(zhù)以高性能嵌入式微處理器和嵌入式操作系統為核心的嵌入式技術(shù)的發(fā)展與推廣使用，網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)在性能、成本、功耗和體積等方面都達到了令人滿(mǎn)意的效果，并對NCS 結構和應用產(chǎn)生了很大的影響。

　　本文主要基于S3C44B0X+uClinux 系統平臺開(kāi)發(fā)出嵌入式以太網(wǎng)控制器，該方案和其它設計比較具有高性能、低功耗、軟硬件易擴展特點(diǎn)，是當前及今后工業(yè)以太網(wǎng)控制器的理想選擇方案。

　　1 嵌入式以太網(wǎng)控制器硬件設計

　　本文主要基于S3C44B0X+RTL8019AS 系統硬件平臺開(kāi)發(fā)出嵌入式以太網(wǎng)控制器硬件平臺。

　　圖1 為嵌入式以太網(wǎng)控制器硬件設計原理圖。嵌入式以太網(wǎng)控制器的硬件設計主要有S3C44B0X 微處理器、以太網(wǎng)模塊、存儲器模塊、串口驅動(dòng)模塊、電源模塊、復位和時(shí)鐘和JTAG 接口7 部分。

　　1.1 S3C44B0X 處理器

　　S3C44B0X 處理器采用160 引腳的LQFP 封裝；為了降低成本，S3C44B0X 提供了豐富的內置部件，包括：8 KB cache，內部SRAM，LCD 控制器，帶自動(dòng)握手的2 通道UART，4 通道DMA，外部存儲器控制器（片選邏輯，FP/EDO/SDRAM 控制器），帶有PWM 功能的5 通道定時(shí)器，通用I/O 端口，實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC，8 通道10 位ADC，I2C 總線(xiàn)接口，I2S 總線(xiàn)接口，同步SIO 接口和PLL 倍頻器。本嵌入式以太網(wǎng)控制器設計選用它，能夠很好地滿(mǎn)足小型化、低功耗和低成本的要求。

　　1.2 以太網(wǎng)模塊

　　RTL8019AS 是高度集成以太網(wǎng)控制器，它能夠簡(jiǎn)單的解答即插即用NE2000 兼容適配器，這種適配器具有二重和功率下降特性。

　　RTL8019AS 以太網(wǎng)控制器共有32 個(gè)輸入地址，對應地址偏移量為00h～1Fh，現分別說(shuō)明如下：

　?。?）00 h～0 Fh 的16 個(gè)地址，為寄存器地址。

　?。?）10 h～17 h 的8 個(gè)地址，為數據讀寫(xiě)端口地址。

　?。?）18 h～1 Fh 的8 個(gè)地址，為復位端口。

　　2 嵌入式以太網(wǎng)控制器軟件設計

　　系統軟件平臺設計主要使用C語(yǔ)言和ARM匯編語(yǔ)言。系統軟件平臺設計主要包括3個(gè)方面：?jiǎn)?dòng)引導程序Bootloader；建立μCLinux操作系統的開(kāi)發(fā)環(huán)境；以太網(wǎng)模塊驅動(dòng)程序的實(shí)現。

　　2.1 啟動(dòng)引導程序Bootloader

　　引導程序Bootloader是在操作系統運行之前執行的一段程序。它主要實(shí)現的功能包括：初始化CPU 運行的時(shí)鐘頻率；初始化Flash 和內存的數據寬度，讀寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)周期和刷新周期；初始化中斷系統；初始化系統中各種片內、片外設備和I/O 端口；初始化系統各種運行模式下的寄存器和堆棧；加載和引導μCLinux 操作系統。