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1、51单片机RTL8019AS网卡驱动程序时间:2006-09-05 来源：作者：点击：3863 字体大小：【大 中小我的SNMP网管板使用了 RTL8019AS 10M ISA网卡芯片接入以太网。选 它的好处是：NE2000兼容，软件移植性好；接口简单不用转换芯片如PCI-ISA桥；价格便宜2.1$/片（我的购入价为22元RMB/片）；带宽充裕（针对51）;较长 一段时间内不会停产。8019有3种配置模式：跳线方式、即插即用 P&P方式、 串行Flash配置方式。为了节省成本，我去掉了 9346而使用X5045作为闪盘存 储MAC地址和其他可配置信息。P&P模式用在PC机中，这里用不上。只剩下
2、 跳线配置模式可用，它的电路设计参考 REALTEK提供的DEMO板图纸。一天 时间就可以完成，相对来说硬件设计比较简单。与这部分硬件相对应的软件是网卡驱动。所谓驱动程序是指一组子程序，它 们屏蔽了底层硬件处理细节，同时向上层软件提供硬件无关接口。 驱动程序可以 写成子程序嵌入到应用程序里（如DOS下的I/O端口操作和ISR），也可以放在动 态链接库里，用到的时候再动态调入以便节省内存。在WIN98中，为了使V86、WIN16、WIN32三种模式的应用程序共存，提出了虚拟机的概念，在CPU的配 合下，系统工作在保护模式，OS接管了 I/O、中断、内存访问，应用程序不能 直接访问硬件。这样提高了
3、系统可靠性和兼容性，也带来了软件编程复杂的问题。 任何网卡驱动都要按VXD或WDM模式编写，对于硬件一侧要处理虚拟机操作、 总线协议（如 ISA、PCI）、即插即用、电源管理；上层软件一侧要实现NDIS规范。 因此在WIN98下实现网卡驱动是一件相当复杂的事情。我这里说的驱动程序特指实模式下的一组硬件芯片驱动子程序。从程序员的 角度看，8019工作流程非常简单，驱动程序将要发送的数据包按指定格式写入 芯片并启动发送命令，8019会自动把数据包转换成物理帧格式在物理信道上传 输。反之，8019收到物理信号后将其还原成数据，按指定格式存放在芯片RAM中以便主机程序取用。简言之就是8019完成数据包
4、和电信号之间的相互转换： 数据包 电信号。以太网协议由芯片硬件自动完成，对程序员透明。驱动程序有3种功能：芯片初始化、收包、发包。以太网协议不止一种，我用的是 802.3。它的帧结构如图1所示。物理信道 上的收发操作均使用这个帧格式。其中，前导序列、帧起始位、CRC校验由硬件自动添加/删除，与上层软件无关。值得注意的是，收到的数据包格式并不是8 02.3帧的真子集，而是如图2所示。明显地，8019自动添加了接收状态、下一 页指针、以太网帧长度（以字节为单位）三个数据成员（共4字节）。这些数据成员 的引入方便了驱动程序的设计，体现了软硬件互相配合协同工作的设计思路。当然，发送数据包的格式是802
5、.3帧的真子集，如图3所示。前戟啓帧起始位SD吕的MAC地址DA曲皿地址甜类 1TIM/KSEEN触FAD62bit 2bit 4Sbit48bit16bit-L5flC?节 肚Th*于帕字节补D 32bitTOT说明:0800 IF包；0006 ABT包：014C SHMPfl: 8137 : IPK/SPX亦于060QK用于IEEE802帧，表示数据赳桧度。汕血说明：DA+SWTrFE=14?节+DATE514字节即援犬體输电长-1514FM）说明；最小包快度不小于词字节，层小肚TA民度時节不够的HO 團1 802 3帧结构接收畑下页指针以太网帧长屢目前地址DA源顾帼址SA类型TYFE/度
6、1耶数据的ATA埴充FAD校 fcFCS帥讥 8bit16bitOitMbit16bitU15W字节 可选 Ehit图2 BTL3019AS接收包帧结构目的皿地址肚谢AC地出A类型 TFE/gLEN数曙域DAU，埴充FATOil48bit16bit=1500节可选斟RTL8D19AS攬还包帧结构有了收发包的格式，如何发送和接收数据包呢？如图4所示，先将待发送的数据包存入芯片RAM，给出发送缓冲区首地址和数据包长度（写入TPSR、TBC R0,1），启动发送命令（CR=0x3E）即可实现8019发送功能。8019会自动按以太 网协议完成发送并将结果写入状态寄存器。 如图5所示，接收缓冲区构成一个
7、循 环FIFO队列，PSTART、PSTOP两个寄存器限定了循环队列的开始和结束页， CURR为写入指针，受芯片控制，BNRY为读出指针，由主机程序控制。根据C URR=BNRY+1?可以判断是否收到新的数据包，新收到的数据包按图2格式存 于以CURR指出的地址为首址的 RAM中。当CURR=BNRY时芯片停止接收 数据包。如果做过FPGA设计，用过VHDL，可以想象到硬件芯片的工作原理。 此处，设计2个8bit寄存器和一个2输入比较器，当收到数据包时，接收状态 机根据当前状态和比较器结果决定下一个状态，如果CURR=BNRY，进入停收状态；反之，CURR按模增1。8019数据手册没有给出硬件
8、状态机实现方法， 说明也很简略，往往要通过作实验的方法推理出工作过程。比如，ISR寄存器不只和中断有关，当接收缓冲溢出时，如果不清ISR（写入FFH），芯片将一直停止接收。在流量较大时溢出经常发生，此时不清ISR，就会导致网卡芯片死机。TFSR iT发首址TBCEO, 1 发嗟数目垸送缓冲IX蠢牆L址PSTARTFFFO开始页CURE i写贡捋针左BHRY _读贡指针PSTOP 不工池班珂停止贡VLZ-LU5接收町典缓沖趴列 旳匚REL1远端開越痼字节数Hi图远踹跚曝作明白了发送和接收数据包的原理， 那么数据包又是怎样被主机写入芯片 RAM 和从芯片RAM读出的呢？如图6所示，主机设置好远端
9、DMA开始地址（RSAR 0,1）和远端DMA数据字节数（RBCR0,1），并在CR中设置读/写，就可以从远端 DMA 口寄存器里读出芯片RAM里的数据/把数据写入芯片RAM。何谓本地/远端DMA呢？如图7所示，远端”指CPU接口侧；本地”指8019 的硬件收发电路侧。没有更深的意思，与远近无关，仅仅为了区分主机和芯片硬 件两个接口端。这里的 DMA与平时所说的DMA有点不同。RTL8019AS的loc al DMA操作是由控制器本身完成的，而其remote DMA并不是在无主处理器的 参与下，数据能自动移到主处理器的内存中。remote DMA指主机CPU给出起 址和长度就可以读写芯片 RA
10、M，每操作一次RAM地址自动加1。而普通RAM 操作每次要先发地址再处理数据，速度较慢。在一些高档通信控制器上自带有 MAC控制器，工作原理与8019的差不多， 比如：Motorola 68360/MPC860T 内部的CPM带有以太网处理器，通过设置B D表，使软件和硬件协同工作，它的缓冲区更大且可灵活配置。 这些通信控制器 的设计，体现了软硬件互相融合协同工作的趋势： 软件硬化（VHDL），硬件软化（D SP），希望大家关注！指示当前本地DMA地址硬件收叢电路侧主机cpirni国T与DFU有关的寄存器如图7所示，8019以太网控制器以存储器（16K双口 RAM）为核心，本地和远 端控制器并
11、发操作。这种体系结构满足了数据带宽的需要。8019拥有控制、状态、数据寄存器，通过它们，51单片机可以与8019通信。由于51资源紧张， 在实现TCPIP协议栈时不要进行内存块拷贝，建议（1）使用全局结构体变量，在 内存中只保存一个数据包拷贝，其他没有来得及处理的包保存在8019的16KRAM里；（2）使用查询方式而不用中断；（3）客户服务器模型中服务器工作于串行 方式，并发模式不适合51单片机。芯片内部地址空间的分配如图 8所示，其中0x00-0x0B（工作于8位DMA模 式）用于存放本节点MAC地址，奇偶地址内容是重复放置的。如：MAC地址0OOOOHOCFFH010DH3FFFH4QOO
12、HTFFFH800DH000 1234 5678 存放在 0x00-0x0B 中为 000000001212343456567878 ，单地 址和双地址的内容是重复的.一般使用偶数地址的内容，这主要是为了同时适应8 位和16位的dma。 Prom内容是网卡在上电复位的时候从 93C46里读出来的。 如果你没有使用93C46,就不要使用Prom，那么使用了 93C46后如何获得网卡 的地址呢？有两种方法，一是直接读93C46,二是读Prom。网卡MAC地址既不 由93C46也不由Prom决定，而是由PAR0-PAR5寄存器决定。Prom只保存上 电时从9346中读出的MAC地址（如果有93C46
13、的话），仅此而矣。PROM3K*16 冲（Z 孜口 KAM不使用COQOHFFFFH團8归羽DD兼容网卡测空间结构4T.J 333231. .2423. 0制造厂商标识爼播标志制造厂商标识系列号图9网耒地址爼成第构网卡MAC地址不是随便定义的，它的组成结构如图9所示。以太网的地址为48位，由ieee统一分配给网卡制造商，每个网卡的地址都必须是全球唯一的。 共6个字节的长度。FF:FF:FF:FF:FF:FF为广播地址，只能用在目的地址段，不 能作为源地址段。目的地址为广播地址的数据包，可以被一个局域网内的所有网 卡接收到。合法的以太网地址第 32位组播标志必须为0。例如：xo：xx：xx：xx
14、：xx：xxX2:XX:XX:XX:XX:XXX4:XX:XX:XX:XX:XXX6:XX:XX:XX:XX:XXX8:XX:XX:XX:XX:XXXA:XX:XX:XX:XX:XXXC:XX:XX:XX:XX:XXXE:XX:XX:XX:XX:XX为合法以太网地址。上面的 X代表0 F中的任一个。地址X1:XX:XX:XX:XX:XXX3:XX:XX:XX:XX:XXX5:XX:XX:XX:XX:XXX7:XX:XX:XX:XX:XXX9:XX:XX:XX:XX:XXXB:XX:XX:XX:XX:XXXD:XX:XX:XX:XX:XXXF:XX:XX:XX:XX:XX为组播地址，只能作为目的
15、地址，不能作为源地址。组播地址可以被支持该组播 地址的一组网卡接收到。组播地址主要用在视频广播，远程唤醒（通过发一个特 殊的数据包使网卡产生一个中断信号， 启动电脑），游戏（多个人在局域网里联 机打游戏）里等。以下是一些具体的组播地址：地址范围01:00:5E:00:00:00 -01:00:5E:7F:FF:FF 用于ip地址的组播，其他组播地址跟 tcp/ip无关，不做介绍。网卡可以接收以下3种地址的数据包：第一种 目的地址跟自己的网卡地址是一样的数据包；第二种目的地址为FF:FF:FF:FF:FF:FF广播地址的数据包；第三种 目的地址为跟自己的组播地址范围相同的数据包。在以太网的应用当中，如果你希望你的数据包只发给一个网卡，目的地址用对方的网卡地址；如果你想把数据包发给所有的网卡，目的地址用广播地址； 如果你想把数据包发给一组网卡，目的地址用组播地址。其他用到的寄存器：ISR-中断状态寄存器TCR-发送配置寄存器NCR-包发送期间碰撞次CR-命令寄存器
