嵌入式MICREL網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

摘要：文中在HEROS嵌入式操作系統(tǒng)中，利用開(kāi)放源代碼的TCP／IP協(xié)議棧，在MICREL芯片組成的網(wǎng)卡架構(gòu)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)描述了添加網(wǎng)卡底層驅(qū)動(dòng)程序的步驟，探討并實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)。
關(guān)鍵詞：網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)；嵌入式操作系統(tǒng)；MICREL

    目前隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，越來(lái)越多的電子設(shè)備已經(jīng)將網(wǎng)絡(luò)接入功能作為其默認(rèn)配置，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和信息分布式處理。TCP／IP協(xié)議棧在很多應(yīng)用中已經(jīng)證明了其穩(wěn)定性，所以在實(shí)際應(yīng)用中主要解決移植和編寫(xiě)網(wǎng)卡的底層驅(qū)動(dòng)程序的問(wèn)題，本文討論的是MICREL網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)在HEROS系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)，該款芯片為8851，有兩個(gè)完全獨(dú)立的網(wǎng)卡電路實(shí)現(xiàn)。

1 網(wǎng)卡與HEROS概述
    網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)完成的工作是正常發(fā)送以及接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包。Micrel網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序?qū)τ诓僮飨到y(tǒng)而言是一組子程序，它屏蔽了底層的硬件處理細(xì)節(jié)，同時(shí)向上層軟件提供接口。驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒁l(fā)送的數(shù)據(jù)包按指定格式寫(xiě)入芯片并啟動(dòng)發(fā)送命令，然后Micrel網(wǎng)卡內(nèi)部處理單元會(huì)自動(dòng)把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換成物理幀格式在物理信道上傳輸。反之，Micrel網(wǎng)卡收到物理信號(hào)后將其還原成數(shù)據(jù)，按指定格式存放在芯片緩沖區(qū)中以便主機(jī)程序取用。
    由于Micrel網(wǎng)卡在HEROS系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)采用的是外擴(kuò)設(shè)計(jì)，所以圖1中Micrel網(wǎng)卡模塊的位置相應(yīng)地就位于HEROS操作系統(tǒng)以外，以體現(xiàn)其外擴(kuò)特性。

2 硬件設(shè)計(jì)
2．1 網(wǎng)卡硬件特點(diǎn)
    KSZ8851整合了一個(gè)快速以太網(wǎng)MAC／PHY與一個(gè)8／16／32位的普通主機(jī)處理器接口和SPI接口。該設(shè)備擁有在RXQ和TXQ之間進(jìn)行共享的18KB內(nèi)部緩沖存儲(chǔ)器。該緩沖存儲(chǔ)器在接收隊(duì)列的緩存容量是12KB，而在發(fā)送隊(duì)列則是6KB。憑借引腳與麥瑞半導(dǎo)體現(xiàn)有的KSZ8841MQL和KSZ8842MQL系列兼容，該設(shè)備可提供80Mbps或更高的性能。該解決方案支持大端(Big—Endian)和小端(Little—Endian)處理器，還支持IPv4／IPv6 checksum生成與校驗(yàn)。這些功能大大減少了對(duì)CPU的使用，并提高了系統(tǒng)整體性能。通過(guò)能量檢測(cè)模式、可編程的3．3V／2．5V／1．8V IO選項(xiàng)以及一個(gè)零下40攝氏度至85攝氏度的工作溫度范圍，KSZ8851還為設(shè)計(jì)師提供了更強(qiáng)的功率管理功能。最后，該設(shè)備以多種封裝形式推出，包括128引腳PQFP封裝、48引腳LQFP封裝和32引腳QFN封裝。[!--empirenews.page--]
2．2 網(wǎng)卡初始化
    為正常使用網(wǎng)卡收發(fā)數(shù)據(jù)功能，首先需要對(duì)Micrel網(wǎng)卡進(jìn)行初始化。初始化工作應(yīng)在網(wǎng)卡正常工作前完畢，所以應(yīng)在HEROS系統(tǒng)初始化過(guò)程中一并完成Micrel網(wǎng)卡的初始化工作。下面這個(gè)函數(shù)是寫(xiě)命令用的：

2．3 發(fā)送處理函數(shù)
    首先，在網(wǎng)卡初始化時(shí)，就需要設(shè)置一些有關(guān)發(fā)送數(shù)據(jù)的發(fā)送寄存器，然后，網(wǎng)卡才能正常發(fā)送數(shù)據(jù)。Mierel網(wǎng)卡發(fā)送寄存器的初始化框圖如圖2所示。

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    在網(wǎng)卡發(fā)送模式正確初始化后，即可進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送操作。首先用戶層發(fā)出發(fā)送數(shù)據(jù)的請(qǐng)求，然后該請(qǐng)求通過(guò)HEROS系統(tǒng)協(xié)議棧發(fā)給MICREL網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)層，最后發(fā)出數(shù)據(jù)。發(fā)送前要注意：
    (1)此時(shí)該網(wǎng)卡沒(méi)有在接收數(shù)據(jù)包，否則會(huì)引起時(shí)序混亂，導(dǎo)致網(wǎng)卡最后失效，所以在發(fā)送的時(shí)候要去判斷信號(hào)量micrel_int_1_flag是否為0，如果為0，則可以發(fā)送，為1則表明此時(shí)正在接收數(shù)據(jù)包，不可以發(fā)送。
    (2)發(fā)送長(zhǎng)度要以四個(gè)字節(jié)對(duì)齊。GET_4BYTES_AUGNMENT(uOrgPktLen，&len)；
    實(shí)際發(fā)送長(zhǎng)度為len。
2．4 接收處理函數(shù)
    Micrel網(wǎng)卡接收寄存器的初始化框圖如圖3所示。在網(wǎng)卡接收模式正確初始化后，即可進(jìn)行數(shù)據(jù)接收操作。首先用戶層發(fā)出接收數(shù)據(jù)的請(qǐng)求，然后該請(qǐng)求通過(guò)HEROS系統(tǒng)協(xié)議棧發(fā)給MICREL網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)層，最后接收數(shù)據(jù)。接收時(shí)需注意：

    (1)首先要從幀頭中獲取幀長(zhǎng)度byte_count，最大為1518，并且必須把byte_count按4個(gè)字節(jié)對(duì)齊；
    (2)其次要將Micrel芯片的接收中斷關(guān)閉，接收完畢后，再打開(kāi)接收中斷。
    (3)注意幀開(kāi)始的2個(gè)字節(jié)和最后4個(gè)字節(jié)不要讀到接收緩沖區(qū)。

3 結(jié)束語(yǔ)
    本文介紹了以HEROS為核心、KS8851作為網(wǎng)絡(luò)接口芯片的終端接口，通過(guò)TCP／IP協(xié)議棧與本文討論的網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)，用ping ip地址命令可以得到ICMP reply響應(yīng)。MICREL芯片具有性價(jià)比高、連接方便等特點(diǎn)，是進(jìn)行嵌入式以太網(wǎng)終端設(shè)計(jì)時(shí)的主要控制芯片之一。