Ether_Init(DV_DEVICE_ENTRY *device) 参数不理解
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发布时间：2022-05-20 12:27
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时间：2023-10-19 14:40
摘 要：本文介绍嵌入式微处理器S3C2510的网络接口，并使用RTL8201芯片为之设计了硬件接口电路；设计实现了基于Nucleus操作系统的驱动程序，完成以太网控制器的初始化设置、收/发中断例程和利用缓冲链表数据结构向TCP/IP协议层交换数据。运行实测表明接口工作性能稳定可靠，满足网络流媒体数据处理的要求。
关键词：S3C2510；Nucleus操作系统；网络接口；驱动程序
Abstract: This paper introces the network interface of S3C2510 embedded microprocessor, and the hardware circuit with RTL8201; the driver program based on Nucleus operating system is also designed, which includes Ethernet controller initializing, receiving/transmitting interrupt service routines, and data transferring to TCP/IP layer with buffer chains. Actual running test indicates the design is stable and reliable, and meets the requirement of network streaming media data processing.
Keywords: S3C2510; Nucleus OS; network interface; driver
1 引言
S3C2510是三星公司推出的一款面向网络通信的高性能嵌入式处理器，内置ARM940T核和指令/数据Cache，集成了Ethernet、PCI、UART、I2C、USB、DMA等丰富的接口资源，系统时钟可达133MHz，非常适合网络流媒体数据处理。在某型号嵌入式网络视频服务器研发中，采用S3C2510 和Philips公司的多媒体DSP处理器TM1300组成主从式架构，TM1300主要负责视音频数据的采集和压缩编码，并通过PCI总线与S3C2510交换数据和控制命令；S3C2510作为主控制器，运行Nucleus实时操作系统，负责整个系统设备功能的初始化设置和管理，并通过服务器任务，将压缩编码后的视音频数据以IP包的形式发送到网络上，由远程客户端PC接收和解压播放，实现视音频的远程实时监控。根据以上方案，需要为S3C2510设计以太网接口和实现在Nucleus操作系统上的设备驱动。
2 S3C2510以太网控制器
S3C2510 有2个以太网控制器，具有以下主要特点：
与IEEE802.3完全兼容的10M/100Mbps 的以太网接入，支持MII接口和传统7线SNI接口；
带有缓冲的突发模式DMA引擎，收/发缓冲各256字节；
MAC收/发FIFO，其中发送80字节，接收16字节；
CAM寄存器可存储多达21个MAC地址；
STA功能支持对多个PHY芯片的访问和控制；
数据对齐逻辑；
流量控制功能。
和其他一些嵌入式微处理器不同的是，S3C2510的以太网控制器自带DMA引擎，并且具有收/发各256字节的缓冲，和MAC收/发FIFO一起，组成了二级缓冲结构，能有效缓和CPU的迟滞。FIFO的8位宽度数据经过BDMA缓冲拼成32位宽度，再进入系统AMBA总线，达到很高的数据吞吐能力。BDMA通过BD（缓冲描述符）指向内存的数据帧缓冲区，当BDMA读/写数据帧缓冲时，BD的ownership位=1，结束后清掉该位，同时产生中断，将帧缓冲转给CPU处理。在中断设计上，收/发中断各自独立作为系统内部中断源，可充分发挥多任务操作系统的优势，提高中断处理效率。
3 硬件接口设计
S3C2510 内部实际上已包含了以太网MAC 控制，但并未提供物理层接口，因此，需外接一片物理层芯片以提供以太网的接入通道。本系统使用RTL8201作为以太网的物理层接口芯片。它的主要功能包括物理编码子层、物理媒体附件、双绞线物理媒体子层、10BASE-TX编码/编解码器和双绞线媒体访问单元等；同时，带有MII接口，可以简单方便地与S3C2510连接。物理信号的发送和接收端通过网络隔离变压器16ST8515连接到RJ45上。S3C2510和RTL8201接口示意图见图1。
图1 S3C2510以太网接口电路
S3C2510以太网控制器的STA功能可以可通过MDC/MDIO 管理接口访问和控制31个RTL8201。当系统复位时，RTL8201 会锁存PHY 地址引脚PAD0~3 的初始状态作为与S3C2510 管理接口通信的PHY 地址，但该地址不能设为00000B，否则RTL8201 进入掉电模式。由于RTL8201 的PHY 地址引脚也复用为LED 引脚，因此不能直接接到电源或地，应通过5.1K 的电阻上拉或下拉，决定RTL8201 的PHY 地址。在图1所示的连接方法中，RTL8201 的PHY 地址设为00001B。在正常工作时，LED 显示RTL8201 的工作状态，当不需要LED 状态显示时，LED和150欧的电阻可去掉。
4 驱动程序设计
系统选用的运行环境是Nucleus PLUS，是Mentor Graphics公司的嵌入式多任务实时操作系统，源代码开放，具有良好的可移植性和易用性，能支持当前流行的大多数处理器。它提供NET网络组件，支持TCP/IP、UDP、DHCP等协议。为此，在Nucleus上设计了网络驱动程序，总体结构按功能分为设备初始化和收发中断处理两大部分：
4.1 设备初始化
通过系统创建一个网络初始化任务Net_Init_Task来实现，主要完成Nucleus Net协议栈和相关数据结构的初始化，向操作系统注册用于处理收/发的低级中断例程，初始化以太网控制器的硬件寄存器设置。主要代码如下：
VOID Net_Init_Task(UNSIGNED argc, void *argv)
{ NU_Init_Net(&NET_Memory_Pool)；/*初始化协议栈*/
Ether_Devices[0].dv_init = Ether_Init;/*向Net设备数据结构注册设备初始化函数*/
NU_Register_LISR( Tx_Vector, Tx_LISR, &old_vect_routine );/*注册发送低级中断例程，Tx_Vector为发送中断号 */
NU_Register_LISR( Rx_Vector, Rx_LISR, &old_vect_routine ); /*注册接收低级中断例程，Rx_Vector为接收中断号*/
NU_Create_HISR(&Rx_HISR_Control, "Ether_Rx_HISR ", Rx_HISR, 1, pointer, 2048); /*注册接收高级中断，用于设置事件*/
NU_Init_Devices(Ether_Devices, 1)；/*初始化设备，里面会调用Ether_Init */
}
Ether_Init(DV_DEVICE_ENTRY *device)负责对以太网控制器初始化，具体步骤如下：
①关闭INTMSK中的以太网收/发中断，并操作BDMARXCON、BDMATXCON、MACCON进行软件复位；
②设置STADATA、STACON寄存器对PHY芯片的功能进行管理（如果系统只有1个PHY芯片则可省略）；
③设置CAMCON寄存器允许地址比对和接收广播帧；将本机MAC地址写入CAM寄存器并使能CAMEN对应位；
④设置BDMARXLEN寄存器的BRxBS（BD指向的缓冲块大小）和BRxMFS（数据帧最大长度）；
⑤设置MACCON寄存器的Full_Duplex位=1；
⑥设置BDMARXDPTR和BDMATXDPTR分别指向收/发BD起始地址，并初始化BD，指向内存的数据缓冲区；
⑦设置BDMATXCON的TxBD个数和发送域值、MACTXCON的填充和校验，打开BMTXINTEN的帧发送结束中断；
⑧设置BDMARXCON的RxBD个数和允许接收、MACRXCON的允许接收，打开BMRXINTEN的帧接收结束中断；
⑨重新打开INTMSK中的以太网收/发中断，准备响应中断请求。
4.2收/发中断处理
因为S3C2510的以太网收/发中断是2个独立的内部中断源，所以，采用2个低级中断例程分别处理。在Tx_LISR中，检查并清除BMTXSTAT寄存器状态（包括中断标志），检查当前TxBD状态，如果上一帧发送是正常结束，且ownership位=0，则重新为BD赋值，指向待发送帧缓冲，然后ownership位=1，将帧缓冲的控制权交给BDMA控制器，使能发送，以太网控制器自动为发送数据加上同步位、分割位、校验位以及填充字段并将以太帧发送出去。在Rx_LISR中，检查并清除BMRXSTAT寄存器状态，检查当前RxBD状态，如果是正常接收，从帧缓冲取出数据，然后重新将帧缓冲控制权交给BDMA控制器，使能接收；为简化操作，帧缓冲大小设为1552字节，并且在MACRXCON中禁止接收超长帧（>1518字节），避免出现1帧分装在多个缓冲的情况。
驱动程序利用Nucleus的内存管理特性，建立一个空闲缓冲链表（MEM_Buffer_Freelist），当准备从网络接收数据时，向空闲缓冲链申请一个接收缓冲块，如果申请成功，将缓冲块加入接收数据链表（MEM_Buffer_List）中，并且据此设置RxBD，启动BDMA将网络数据填入缓冲块中，之后在Rx_LISR中激活一个高级中断例程（Rx_HISR）来设置一个Buffers_Available事件，通知上层TCP/IP协议栈处理接收到的数据包；往外发送数据时，先释放掉发送缓冲队列（device->dev_transq）中已经发送过数据缓冲，如果队列中还有数据等待发送，则设置TxBD，启动BDMA将数据发送出去。
整个网络驱动程序的模块结构如图2所示。
图2 网络驱动程序的模块结构
5 结语
S3C2510内部集成ARM940T核和2个以太网控制器，具有非常强的网络数据处理能力。在实际测试运行中，对1路视频和音频信号分别按H.264和G.729标准进行压缩编码，输出CIF格式图像、码率在500Kbps时，可以支持多达64个网络客户端连接，网络流量近40Mbps，视音频回放清晰、流畅、稳定。这说明本设计是成功可靠的，能满足网络视频服务器传输流媒体数据的需要。
本文作者创新点：为以S3C2510为核心的网络视频服务器设计了以太网硬件接口，并设计实现了Nucleus操作系统上的驱动程序，完成对以太网接口初始化和数据收发的中断处理，通过建立缓冲链表数据结构，实现了协议层和硬件层的数据传递。
参考文献
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