基于VxWorks的網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計(jì)

    VxWorks操作系統(tǒng)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(shì)在嵌入式系統(tǒng)中備受關(guān)注，廣泛應(yīng)用于許多行業(yè)；而隨著網(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(jié)合已成必然。VxWorks是最早在其內(nèi)核中加入TCP／IP協(xié)議的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。如何設(shè)計(jì)基于VxWorks的網(wǎng)絡(luò)接口，是擺在嵌入式開發(fā)人員面前的首要課題。本設(shè)計(jì)以三星公司的ARM7(S3C44B0)為核心CPU，開發(fā)了VxWorks下的網(wǎng)絡(luò)接口，包括硬件設(shè)計(jì)和軟件實(shí)現(xiàn)兩個(gè)部分。

1 硬件設(shè)計(jì)

    核心CPU采用三星公司的S3C44B0。S3C44B0采用ARM7TDMI內(nèi)核，它通過提供全面的、通用的片上外設(shè)，大大減少了系統(tǒng)電路除處理器以外的元器件配置，降低了系統(tǒng)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)訪問控制)子層和物理層的性能，而且與NE2000兼容，具有軟件可移植性強(qiáng)以及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。

    S3C4480與RTL8019AS的硬件接口原理如圖1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(tǒng)的Bank3上，基地址為0x06000000。RTL8019AS支持8位／16位數(shù)據(jù)總線，在本電路中采用16位方式。

    RTL8019AS共有32個(gè)輸入／輸出地址，對(duì)應(yīng)地址偏移量為0x00～0x1f?，F(xiàn)分別說明如下：

①0x00～0x0f的16個(gè)地址，為寄存器地址。

②0x10～0xl7的8個(gè)地址，為數(shù)據(jù)讀寫端口地址。它們都是一樣的，每個(gè)都可以用來做數(shù)據(jù)讀寫端口，只要用其中一個(gè)就可以了。

③0x18～0x1f的8個(gè)地址，為復(fù)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、0x1a、0x1c、0xle這幾個(gè)復(fù)位端口是有效的，其他不要使用；因?yàn)橛行┘嫒菘ú恢С?xl9、0xlb、Oxld等奇數(shù)地址的復(fù)位。

    在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，尤其要注意以下兩點(diǎn)：

①RTL8019AS的地址線從SA0～SA4依次連到S3C4480的ADDR1～ADDR5上，因此，RTL8019的寄存器地址要左移1位。

②RTL8019AS使用EXINT1中斷，且上升沿觸發(fā)。

2 軟件實(shí)現(xiàn)

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(qiáng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。SENS是基于4.4BSDTCP／IP協(xié)議棧發(fā)展而來的。它包含了許多4.4BSDTCP／IP協(xié)議棧沒有的協(xié)議；而且SENS在實(shí)現(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)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(shù)據(jù)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(qū)動(dòng)程序叫作"END(Enhanced Network Driver)"，即增強(qiáng)型網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序，它處于數(shù)據(jù)鏈路層。IP層和TCP／UDP層合稱為"網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層"。在數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層之間有應(yīng)用程序接口(API)，這個(gè)接口在SENS中叫作"MUX(Multiplexer)接口"。MUX接口如圖3所示。MUX接口起到隔離網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的作用。在老式的BSD4.3的驅(qū)動(dòng)模式下，網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序和協(xié)議是緊密聯(lián)結(jié)的，無(wú)論協(xié)議還是驅(qū)動(dòng)程序都需要了解對(duì)方的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。而在新的基于MUX的模式下，驅(qū)動(dòng)程序和協(xié)議并不需要了解對(duì)方。它們通過MUX接口來通信。例如，在收到一個(gè)包后，網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序并不直接訪問協(xié)議的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；相反，當(dāng)準(zhǔn)備將數(shù)據(jù)傳給協(xié)議層時(shí)，它調(diào)用一個(gè)MUX提供的函數(shù)，該函數(shù)處理把數(shù)據(jù)傳給協(xié)議層的細(xì)節(jié)。這使得添加一個(gè)新的驅(qū)動(dòng)程序或協(xié)議十分容易。MUX實(shí)現(xiàn)了下面的一套函數(shù)集：muxBind()、muxUn-bind()、muxDevLoad()、muxDevUnload()、muxReceive()、muxError()、muxSend()、muxTxRestartRtn()、muxM castAddrDel()、muxMcastAddrGet()、mux-PollSend()、muxMcastAddrAdd()、muxPollReceive()、muxIoctrl()。網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序和協(xié)議都要調(diào)用上面的函數(shù)，不需要為它們添加任何附加代碼。

2.2 END設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序裝載過程

    在VxWorks中，END設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序裝載過程可以分為3個(gè)步驟，即指定END設(shè)備，裝載END設(shè)備和啟動(dòng)END設(shè)備。END設(shè)備的指定是通過數(shù)組endDevTbl[ ]來完成的，該數(shù)組描述了系統(tǒng)中的所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的裝載人口點(diǎn)及其相關(guān)參數(shù)。系統(tǒng)調(diào)用MUX設(shè)備裝載函數(shù)mux-DevLoad()來裝載END設(shè)備，調(diào)用MUX設(shè)備啟動(dòng)函數(shù)muxDevStart()來啟動(dòng)END設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的裝載過程如圖4所示。系統(tǒng)通過usrRoot()函數(shù)來調(diào)用usrNetInit()函數(shù)完成MUX的初始化，裝載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備表endDevTbl[ ]中描述的所有設(shè)備，并將IP協(xié)議綁定到網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)設(shè)備上等。

    當(dāng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備產(chǎn)生中斷時(shí)，VxWorks調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序先前注冊(cè)的中斷服務(wù)程序。中斷服務(wù)程序應(yīng)做盡可能少的工作，以完成將數(shù)據(jù)包從本地網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(chǔ)上完成必要的修改。首先將Tornado2.2＼target＼src＼drv＼end目錄下的ne2000End.c和Tornado2.2＼target＼h＼dry＼end目錄下的ne2000End.h拷貝到bsp目錄下，然后修改以下文件。

(1) 修改ne2000End.C

①修改頭文件包含目錄；
②sysIntConnect修改為intConnect；
③sysLanIntEnable修改為intEnable，并修改返回類型void為STATUS。

(2) 修改ne2000End.h

    將寄存器地址左移1位，如：

#define ENE_RSTART(0x01<<1)

(3) 修改config.h

添加網(wǎng)絡(luò)宏定義：

①#define INCLUDE_NETWORK
②#define INCLUDE_END
③#ifdef INCLUDE_END
#undef INCLUDE_SNGKS32C_END
#define INCLUDE_NE2000_END
#endif／*INCLUDE_END*／

(4) 修改configNet.h

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

(5) 修改Makefile
添加MACH_EXTRA=ne2000End.o

(6) 修改sysLib.c

①添加MAC地址定義：

unsigned char ne2000EnetAddr[]=ETHERNET_MAC_ADRS；

②添加 sysInByte、sysOutByte、syslnWordString和sysOutWordString函數(shù)。

③在sysHwInit()中添加CPU端口初始化：

④在sysHwInit()中添加RTL8019芯片的復(fù)位和初始化函數(shù)。相關(guān)代碼如下(有關(guān)寄存器的宏定義請(qǐng)參照RTL8019數(shù)據(jù)手冊(cè))：




結(jié) 語(yǔ)

    本文在VxWorks嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)下，提出了網(wǎng)絡(luò)接口的解決方案，即以ARM7(S3C44B0)為核心CPU，控制網(wǎng)絡(luò)控制器TRL8019實(shí)現(xiàn)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(qū)動(dòng)裝載過程；最后，針對(duì)此網(wǎng)絡(luò)接口，詳細(xì)列出了VxWorks下文件配置過程，提供了部分軟件源程序，對(duì)開發(fā)人員有一定的參考價(jià)值。