基于VxWorks的網(wǎng)絡(luò )接口設計

VxWorks操作系統以其高度的可靠性、優(yōu)秀的實(shí)時(shí)性、靈活的可裁減性等優(yōu)勢在嵌入式系統中備受關(guān)注，廣泛應用于許多行業(yè)；而隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，嵌入式技術(shù)與網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的結合已成必然。VxWorks是最早在其內核中加入TCP／IP協(xié)議的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統。如何設計基于VxWorks的網(wǎng)絡(luò )接口，是擺在嵌入式開(kāi)發(fā)人員面前的首要課題。本設計以三星公司的ARM7(S3C44B0)為核心CPU，開(kāi)發(fā)了VxWorks下的網(wǎng)絡(luò )接口，包括硬件設計和軟件實(shí)現兩個(gè)部分。

1 硬件設計
核心CPU采用三星公司的S3C4480。S3C4480采用ARM7TDMI內核，它通過(guò)提供全面的、通用的片上外設，大大減少了系統電路除處理器以外的元器件配置，降低了系統成本。
網(wǎng)絡(luò )接口芯片采用Realtek公司生產(chǎn)的RTL8019AS。它是一款高度集成的以太網(wǎng)控制器，不僅集成了MAC(介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制)子層和物理層的性能，而且與NE200O兼容，具有軟件可移植性強以及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。
S3C4480與RTL8019AS的硬件接口原理如圖l所示。從圖1中可以看出，RTL8019AS的使能端連到S3C44B0的nGCS3，因此它的地址映射在系統的Bank3上，基地址為Ox06000000。RTL8019AS支持8位／16位數據總線(xiàn)，在本電路中采用16位方式。

RTL8019AS共有32個(gè)輸入／輸出地址，對應地址偏移量為Ox00～Oxlf?，F分別說(shuō)明如下：
①Ox00～OxOf的16個(gè)地址，為寄存器地址。
②0xlO～0x17的8個(gè)地址，為數據讀寫(xiě)端口地址。它們都是一樣的，每個(gè)都可以用來(lái)做數據讀寫(xiě)端口，只要用其中一個(gè)就可以了。
③Oxl8～0xlf的8個(gè)地址，為復位端口。它們的功能都是一樣的。但需要注意，實(shí)際上只有0x18、0xla、Oxk、Oxle這幾個(gè)復位端口是有效的，其他不要使用；因為有些兼容卡不支持0x19、0xlb、0xld等奇數地址的復位。
在軟件設計時(shí)，尤其要注意以下兩點(diǎn)：
①RTL8019As的地址線(xiàn)從SAO～SA4依次連到S3Cd480的ADDRl～ADDR5上，因此，RTL8019的寄存器地址要左移1位。
②RTL8019AS使用EXINTl中斷，且上升沿觸發(fā)。

2 軟件實(shí)現
2．1 VxWorks的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧和MUX接口
VxWorks中的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧叫作“SENS(Scalable En-hanced Network Stack)”，即可裁減增強網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧。SENS是基于4．4RSD TCP/IP協(xié)議棧發(fā)展而來(lái)的。它包含了許多4．4BSD TCP／IP協(xié)議棧沒(méi)有的協(xié)議；而且SENS在實(shí)現一些協(xié)議功能時(shí)增加了許多新特性。如在IP協(xié)議實(shí)現時(shí)增加了多播功能。SENS協(xié)議棧層次如圖2所示。

SENS的基本特征與傳統的TCP／IP網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧相似，但從圖2中可以看出，SENS最大的特點(diǎn)是在數據鏈路層和網(wǎng)絡(luò )協(xié)議層之間多了MUX層。在SENS中網(wǎng)絡(luò )接口的驅動(dòng)程序叫作“END(Enhanced Network Driver)”，即增強型網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)程序，它處于數據鏈路層。IP層和TCP／UDP層合稱(chēng)為“網(wǎng)絡(luò )協(xié)議層”。在數據鏈路層和網(wǎng)絡(luò )協(xié)議層之間有應用程序接口(API)，這個(gè)接口在SENS中叫作“MUX(Mulnplexer)接口”。MUX接口如圖3所示。MUX接口起到隔離網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)程序與網(wǎng)絡(luò )協(xié)議的作用。在老式的BSD4．3的驅動(dòng)模式下，網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)程序和協(xié)議是緊密聯(lián)結的，無(wú)論協(xié)議還是驅動(dòng)程序都需要了解對方的數據結構。而在新的基于MUX的模式下，驅動(dòng)程序和協(xié)議并不需要了解對方。它們通過(guò)MUX接口來(lái)通信。例如，在收到一個(gè)包后，網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)程序并不直接訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議的數據結構；相反，當準備將數據傳給協(xié)議層時(shí)，它調用一個(gè)MUX提供的函數，該函數處理把數據傳給協(xié)議層的細節。這使得添加一個(gè)新的驅動(dòng)程序或協(xié)議十分容易。MUX實(shí)現了下面的一套函數集：muxBind()、muxUn-bind()、muxDevLoad()、muxDevUnload()、muxReceive()、muxError()、muxSend()、muxTxRestartRtn()、muxM castAddrDel()、muxMcastAddrGet()、mux-PollSend()、muxMcastAddrAdd()、muxPollReceive()、muxIoctrl()。網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)程序和協(xié)議都要調用上面的函數，不需要為它們添加任何附加代碼。
2.2 END設備驅動(dòng)程序裝載過(guò)程
在VxWorks中，END設備驅動(dòng)程序裝載過(guò)程可以分為3個(gè)步驟，即指定END設備，裝載END設備和啟動(dòng)END設備。END設備的指定是通過(guò)數組endDevTbl[]來(lái)完成的，該數組描述了系統中的所有網(wǎng)絡(luò )設備的裝載入口點(diǎn)及其相關(guān)參數。系統調用MUX設備裝載函數muxDevLoad()來(lái)裝載END設備，調用MUX設備啟動(dòng)函數muxDevStart()來(lái)啟動(dòng)END設備。網(wǎng)絡(luò )設備驅動(dòng)程序的裝載過(guò)程如圖4所示。系統通過(guò)usrRoot()函數來(lái)調用usrNetInit()函數完成MUX的初始化，裝載網(wǎng)絡(luò )設備表endDevTbl[]中描述的所有設備，并將IP協(xié)議綁定到網(wǎng)絡(luò )引導設備上等。

當網(wǎng)絡(luò )設備產(chǎn)牛中斷時(shí)，VxWorks調用驅動(dòng)程序先前注冊的中斷服務(wù)程序。中斷服務(wù)程序應做盡可能少的工作，以完成將數據包從本地網(wǎng)絡(luò )設備送出／取出的操作。
2．3 文件配置
由于RTL8019兼容NE2000網(wǎng)卡芯片，只需要在其基礎上完成必要的修改。首先將Tornad02．2＼target＼src＼drv＼end目錄下的ne2000End．c和Tornado2．2＼target＼h＼drvend目錄下的ne2000End．h拷貝到bsp目錄下，然后修改以下文件。

(4)修改configNet.h

在endDevTb1[]表中添加新的裝載函數(其函數命名格式為xxLoad())入口點(diǎn)及相關(guān)參數。

④在sysHwInit()中添加RTL8019芯片的復位和初始化函數。相關(guān)代碼如下(有關(guān)寄存器的宏定義請參照RTL8019數據手冊)：

結語(yǔ)
本文在VxWorks嵌入式實(shí)時(shí)操作系統下，提出了網(wǎng)絡(luò )接口的解決方案，即ARM7(S3C4480)為核心CPU，控制網(wǎng)絡(luò )控制器TRL8019實(shí)現網(wǎng)絡(luò )通信。本文首先簡(jiǎn)單介紹了幾款主要芯片，給出了硬件原理圖；然后簡(jiǎn)要分析了VxWorks下的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議和驅動(dòng)裝載過(guò)程；最后，針對此網(wǎng)絡(luò )接幾，詳細列出了VxWorks下文件配置過(guò)程，提供了部分軟件源程序，對開(kāi)發(fā)人員有一定的參考價(jià)值。