文張斌，陳志華

（暨南大學 信息技術研究所，廣東 廣州 510075）

目前，設備網絡化已經成為業(yè)內所達成共識的、必然的趨勢，隨著硬件接入網絡被廣泛重視，大量高端的硬件板基本上都具備自帶的網口功能，很多成熟的開發(fā)板都已具備了網口功能。然而，DSP6713B沒有自帶的以太網功能，所以需要擴展網口來實現(xiàn)以太網的連接?，F(xiàn)在被廣泛用作網口擴展的芯片有DM9000，RTL8019等，相關資料也非常多。該設計為了解決DSP6713B沒有自帶網口的問題，結合DM9000廣泛使用于網口擴展的情況，提出一種采用DM9000網口驅動芯片作為網口的底層硬件來實現(xiàn)TCP/IP物理層的方案，并且使用LWIP協(xié)議作為網口通信協(xié)議，最終實現(xiàn)了DSP網口功能擴展[1-2]。

1 DM9000網口芯片介紹

1.1 DM9000功能簡介

DM9000是一款完全集成并符合成本效益單芯片快速以太網MAC控制器與一般處理接口，1個10/100 M自適應的PHY和4 K DWORD值的SRAM。

DM9000支持8位、16位和32位接口訪問內部存儲器，以支持不同的處理器。DM9000物理協(xié)議層接口完全支持使用10 Mbit/s下3類、4類、5類非屏蔽雙絞線和100 Mbit/s下5類非屏蔽雙絞線。這是完全符合IEEE 802.3u規(guī)格。它的自動協(xié)調功能將自動完成配置以最大限度地適合其線路帶寬。

1.2 DM9000與DSP6713B硬件連接

DM9000與DSP連接如圖1所示。DM9000需要控制的主要引腳有:IOR、IOW、AEN、CMD（SA2）、INT、RST，數(shù)據(jù)線SD0～SD15（此處數(shù)據(jù)以16位傳輸）和地址線SA4～SA9。IOR和IOW分別為讀寫引腳，低電平可以讀寫；AEN為DM9000選通引腳，此處只用到1個DM9000芯片，直接將AEN管腳接低電平，DM9000工作的默認基地址為0x300，按照默認地址選擇，將SA9與SA8接高電平，SA7～SA4接低電平，從而直接選通了DM9000芯片；CMD為命令/數(shù)據(jù)切換引腳，低電平時讀寫命令操作，高電平時讀寫數(shù)據(jù)操作，將CMD與DSP的EA2地址線連接；INT為中斷信號輸出引腳，與DSP的INT5中斷信號線連接，低電平時有中斷信號；IOR為讀命令控制線，與DSP的AOE讀命令控制線連接；IOW為寫命令控制線，與DSP的AWE寫命令控制線連接；RST為復位信號引腳，與DSP的GP[0]管腳連接；SD0～SD15數(shù)據(jù)線與DSP的數(shù)據(jù)線ED0～ED15連接。

1.3 DM9000初始化

首先，將DM9000控制讀寫命令基地址ADDR_BASE在DSP地址空間映射為0xB0000300，由于DSP的EA2地址管腳控制CMD，所以DM9000控制讀寫數(shù)據(jù)基址DA?TA_BASE在DSP地址空間映射為0xB0000302。確定了DM9000控制讀寫數(shù)據(jù)和命令的基址之后，接下來就是編寫DM9000的驅動程序，有2個函數(shù)需要完成，讀寄存器數(shù)據(jù)函數(shù)REG_read（uint8 reg）和寫寄存器函數(shù)REG_write（uint8 reg，uint16 writedata），其中reg為相對于ADDR_BASE的偏移量，要寫入ADDR_BASE地址中去，writedata是寄存器要寫入的數(shù)據(jù)，要寫入DATA_BASE數(shù)據(jù)基址中去。

DM9000初始化第一步就是要使DM9000的硬件初始化，DSP的GP[0]控制DM9000的RST，RST低電平可以使硬件復位，要求保持RST低電平時間大于20 μs。第二步，DM9000還需要2次軟復位，往DM9000的NCR寄存器寫入要求值即可實現(xiàn)DM9000軟復位。第三步，設置DM9000收發(fā)模式和開中斷，最后設置DM9000的MAC地址，從而整個DM9000的初始化完成，進行收發(fā)數(shù)據(jù)。

1.4 DM9000發(fā)送和接收數(shù)據(jù)控制

DM9000是發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的底層硬件，因此，要實現(xiàn)數(shù)據(jù)與網絡接口的傳輸，就必須實現(xiàn)發(fā)送和接收函數(shù)的編寫，而發(fā)送和接收函數(shù)也是底層硬件與上層應用程序的接口。

1.4.1 發(fā)送函數(shù)sendpacket（）流程圖

DM9000發(fā)送函數(shù)流程圖如圖2所示。

1.4.2 接收函數(shù)recepacket（）流程圖

DM9000從網絡中接到1個數(shù)據(jù)包后，會在數(shù)據(jù)包前面加上4個字節(jié)，分別為“01H”（同MRCMDX的值）、“status”（同RSR寄存器的值）、“LENL”（數(shù)據(jù)包長度低8位）、“LENH”（數(shù)據(jù)包長度高8位）。整個接收過程如圖3所示。

圖2 DM9000發(fā)送函數(shù)流程圖

圖3 DM9000接收函數(shù)流程圖

2 LWIP協(xié)議的移植

LWIP協(xié)議是1個開源的TCP/IP協(xié)議，它把整個TCP/IP協(xié)議封裝好，并且提供用戶移植需要的操作系統(tǒng)模擬層接口和用戶使用LWIP協(xié)議的API接口，該協(xié)議代碼占用內存空間小，提供明確的操作系統(tǒng)模擬層移植說明，已經被廣泛運用，且該協(xié)議支持不帶操作系統(tǒng)直接使用，大大降低了移植難度。

LWIP協(xié)議移植必須完成底層操作系統(tǒng)模擬層與底層硬件的接口，這樣才能讓LWIP協(xié)議真正運行起來。然而要完成LWIP協(xié)議模擬層與硬件的通信，就必須實現(xiàn)4個重要函數(shù):網口芯片的初始化函數(shù)，數(shù)據(jù)接收函數(shù)，發(fā)送函數(shù)和網口中斷函數(shù)。

該設計使用DM9000作為網口芯片，上文已經詳細介紹了DM9000網口芯片的初始化、發(fā)送和接收函數(shù)的實現(xiàn)。需要把發(fā)送函數(shù)sendpacket（）和接收函數(shù)進行部分改動recepacket（）。首先，對于發(fā)送函數(shù)，LWIP中的發(fā)送數(shù)據(jù)存放在pbuf*p的p->payload中，所以發(fā)送的數(shù)據(jù)就是p->payload，而且發(fā)送數(shù)據(jù)p->payload是已經封裝好的MAC幀，然后把生成的MAC幀發(fā)送出去；對于接收函數(shù)，也是先把接收到得數(shù)據(jù)存放在p->payload，然后LWIP會自動處理這些數(shù)據(jù)。

初始化函數(shù)ethernetinit（）。首先，需要初始化LWIP，然后初始化DM9000芯片。LWIP初始化需要netif->state數(shù)據(jù)狀態(tài)，netif->name以太網名，netif->output輸出函數(shù)，netif->linkoutput連接函數(shù)。

網口中斷函數(shù)需要處理的有發(fā)送中斷處理、接收中斷處理和出錯處理，一般出錯的時候直接丟包不做處理，發(fā)送時調用發(fā)送函數(shù)，接收時調用接收函數(shù)。

3 系統(tǒng)仿真測試

3.1 ARP測試

ARP分組格式圖如圖4所示。

ARP協(xié)議是地址解析協(xié)議，主要是通過目標IP查詢得到目標MAC地址的協(xié)議。首先，已知目標IP，然后向網絡發(fā)送1個ARP分組報文，如果目標IP收到報文，則發(fā)送1個ARP回文，從回文中便可得到目標IP的MAC地址。

現(xiàn)在直接把ARP請求報文放在1個數(shù)組中，然后調用sendpacket（）發(fā)送函數(shù)，直接把ARP報文發(fā)送出去，然后等待ARP回文，收到回文就會調用中斷函數(shù)，并把接收到的ARP回報存放在0x20001000地址開始的地址空間。仿真結果如圖5所示。仿真結果顯示，回文中的目標IP地址192.168.1.25，對應的MAC地址為0x00，0x14，0x97，0xf0，0x07，0x24，該回文是從 MAC 地址為 0x6c，0xf0，0x49，0x92，0xb4，0x32，對 應 IP 地 址 為192.168.1.26，整個ARP地址解析過程說明DM9000芯片初始化正確，接收和發(fā)送函數(shù)也能夠正常工作。

3.2 LWIP協(xié)議TCP/IP通信測試

整個系統(tǒng)設計流程圖如圖6所示。首先，DSP6713B初始化，DSP的初始化主要是完成PLL時鐘，EMIF外部存儲器接口初始化和中斷初始化，PLL時鐘為DSP內核和外部存儲器接口提供工作時鐘，EMIF外部存儲器接口的初始化主要是設定外部存儲器的類型、工作模式和讀寫時序；其次，DM9000初始化，主要是設置DM9000的復位，工作模式和中斷的初始化；LWIP的初始化，主要是初始化LWIP的操作系統(tǒng)模擬層接口，實現(xiàn)LWIP與底層硬件的通信。整個系統(tǒng)的初始化完成。

建立1個TCP連接用來測試系統(tǒng)設計的效果。首先設置好本機的MAC地址，MAC地址在DM9000上面有標明，這個是DM9000的固定MAC地址，不能自己更改；然后設置IP地址，網關和子網掩碼，這幾個參數(shù)應依據(jù)使用的局域網設置；開啟1個TCP通道，綁定到本地端口60023，端口號就代表著1個TCP線程，然后偵聽TCP連接，與DSP建立TCP連接后，PC機向DSP發(fā)送字符串“LWIP”，如果PBUF的payload中成功接收該字符串，則DSP向PC機發(fā)送字符串“TCP TEST IS OK”。實驗仿真結果如圖7和圖8所示。

DSP硬件板作為服務器，服務器IP地址為192.168.1.25，服務器端口為60023，PC機作為客戶端，打開網絡調試助手，如圖8設置，然后單擊連接，就能夠把PC機和DSP硬件板連接上，往發(fā)送區(qū)填入發(fā)送數(shù)據(jù)LWIP（16進制為0x5049574c）。從圖7可以看到LWIP數(shù)據(jù)存儲PBUF中的payload已經接收到了0x5049574c，在確定接收數(shù)據(jù)為0x5049574c后，DSP向PC發(fā)送字符串“TCP TEST IS OK”，在圖8網絡調試助手的接收區(qū)可以看到顯示接收到來自IP地址192.168.1.25的數(shù)據(jù)“TCP TEST IS OK”，TCP通信測試成功，表示DSP網口擴展成功[3-4]。

4 結束語

針對DSP6713B沒有自帶網口功能，提出了基于DM9000網口擴展芯片擴展網口的方法。該設計詳細地分析了DM9000初始化過程，指出DM9000發(fā)送和接收函數(shù)需要解決的問題和實現(xiàn)的具體過程，并且把DM9000網口芯片作為LWIP網口通信協(xié)議的驅動底層，實現(xiàn)了LWIP協(xié)議操作系統(tǒng)模擬層接口并最終實現(xiàn)LWIP協(xié)議的移植。采用TCP通信測試整個系統(tǒng)的功能，并最終實現(xiàn)了DSP與PC機的TCP通信，整個設計穩(wěn)定、可靠，能夠有效地運用在現(xiàn)實的網口功能上，具有很好的市場前景。

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[3]袁安富，夏生鳳.基于ARM和Linux的DM9000網絡接口設計及驅動實現(xiàn)[J].計算機工程與科學，2011，33（2）:27-31.

[4]胡俐蕊.基于LWIP的μC/OS-II網絡應用程序設計方法[J].計算機應用與軟件，2010，19（1）:145-148.