基于DM9000的嵌入式系统的网络接口设计与实现

基于ＤＭ９０００的嵌入式系统的网络接口设计与实现

ＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＥｍｂｅｄｄｅｄＳｙｓｔｅｍＮｅｔｗｏｒｋＩｎｔｅｒｆａｃｅＢａｓｅｄｏｎＤＭ９０００

韩超（合肥电子工程学院，安徽合肥２３００３７）

王可人（总参合肥创新工作站，安徽合肥２３００３７）

摘要

基于ＤＭ９０００以太网控制器芯片对ＳＭＤＫ２４４０开发板硬件平台的网络接口进行了设计，在硬件平台上移植了嵌入式Ｌｉｎｕｘ操作系统，并在Ｌｉｎｕｘ平台上开发网络驱动程序实现了网络的接入。测试结果表明网口运行正常，达到了功能要求。

关键词：ＤＭ９０００，网络驱动程序，Ｌｉｎｕｘ，嵌入式系统

Ａｂｓｔｒａｃｔ

ＴｈｅｎｅｔｗｏｒｋｉｎｔｅｒｆａｃｅｆｏｒｔｈｅＳＭＤＫ２４４０ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｂｏａｒｄｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｂａｓｅｄｏｎＤＭ９０００Ｅｔｈｅｒｎｅｔｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｃｈｉｐｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．ＷｅｔｒａｎｓｐｌａｎｔＬｉｎｕｘｅｍｂｅｄｄｅｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｔｏｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｐｌａｔｆｏｒｍ，ｄｅｖｅｌｏｐｎｅｔｗｏｒｋｄｉｖｅｒｓａｎｄｒｅａｌｉｚｅｔｈｅａｃｃｅｓｓｏｆｎｅｔｗｏｒｋ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｏｕｒｔｅｓｔｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｉｎｔｅｒｆａｃｅｒｕｎｓｗｅｌｌａｎｄｓａｔｉｓｆｉｅｓｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＤＭ９０００，ｎｅｔｗｏｒｋｄｉｖｅｒｓ，Ｌｉｎｕｘ，Ｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍ由于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ具有广泛的网络分布及相对低廉的接入成本，因此具有网络接入功能的嵌入式系统设备将能提供更方便、更经济的系统访问与服务，嵌入式设备与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的结合将是嵌入式系统的发展方向。原则上讲，嵌入式设备只要转变为

Ｗｅｂ服务器，再加上ＴＣＰ／ＩＰ网络协议就可以实现Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上网，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上面的各种通信协议对于计算机存储器、运算速度等的要求比较高，对于嵌入式系统中的８位和１６位ＭＣＵ，由于

自身处理能力不足，且存储空间有限，往往通过移植简化的

［０．．１５］与ＤＭ９０００的数据线ＳＤ［０．．１５］连接，用来实现ＤＭ９０００与Ｓ３Ｃ２４４０之间的数据传输；同时，ＤＭ９０００占用Ｓ３Ｃ２４４０的中断引脚ＥＩＮＴ２，使得Ｓ３Ｃ２４４０能够响应ＤＭ９０００的中断；将Ｓ３Ｃ２４４０的引脚ＯＭ０置为高电平，ＯＭ１设为低电平，使其总线宽度为１６ｂｉｔ。

ＴＣＰ／ＩＰ协议栈（如ｕＩＰ协议）来实现网络接入。而３２位以上的

处理器因为处理能力强，硬件资源丰富，往往采用向目标硬件移植操作系统的方式，由操作系统管理系统的硬件资源，并在操作系统的基础上实现网络接入。本文基于ＤＭ９０００以太网控制器，对基于三星公司３２位Ｓ３Ｃ２４４０ＡＲＭ微处理器芯片的

ＳＭＤＫ２４４０开发板硬件平台的网络接口进行了设计，在硬件平台上移植了嵌入式Ｌｉｎｕｘ操作系统，并在Ｌｉｎｕｘ平台上开发网

络驱动程序实现网络的接入。

图１

ＤＭ９０００与Ｓ３Ｃ２４４０的连接图

１ＤＭ９０００以太网控制器芯片简介１．１芯片简介

ＤＭ９０００是完全综合、成本低的单一快速以太网控制器芯片，具有通用的处理器接口，１０／１００Ｍ自适应，４Ｋ双字节静态存取存储器，低功耗、高处理性能，支持３．３Ｖ到５Ｖ的容差。ＤＭ９０００提供一个ＭＩＩ（媒体独立接口）接口来连接ＨｏｍｅＰＮＡ设备或其它支持ＭＩＩ接口的收发器，支持８位、１６位、３２位的接口来适应不同处理器对内部存储器的访问。它完全支持ＩＥＥＥ８０２．３ｕ规格，支持ＩＥＥＥ８０２．３ｘ全双工的流控制。它的设计比

较简单，容易完成不同系统的软件驱动开发。

２ＤＭ９０００网络驱动程序的设计与实现２．１Ｌｉｎｕｘ操作系统内核移植

在Ｌｉｎｕｘ操作系统移植前，首先要建立交叉编译环境，交叉编译环境的建立是在一台安装了ＲｅｄＨａｔＬｉｎｕｘ９．０操作系统的计算机和ＳＭＤＫ２４４０开发板平台上进行的，分别称为宿主机

和目标板，将它们用交叉对接网线连接，然后在宿主机上开发和编译基于ａｒｍ的工具链（ｔｏｏｌｃｈａｉｎ）。ｔｏｏｌｃｈａｉｎ包括ｇｃｃ编译器、ｇｌｉｂｃ库、ｇｄｂ调试工具和ｂｉｎｕｔｉｌｓ工具包以及其它辅助工具。交叉编译环境建立完成后，根据开发板的硬件配置，修改

１．２网络接口的硬件连接

本文网络接口的设计是基于三星公司ＳＭＤＫ２４４０开发板，

Ｌｉｎｕｘ内核源代码，编译生成满足需要的Ｌｉｎｕｘ内核映像。然后向目标板加载Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ。Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ是开发平台加电后运行

的第一段代码，是操作系统和硬件的枢纽，它负责初始化硬件，引导操作系统内核，检测各种参数给操作系统内核使用。在开发板上烧写好Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ后，同时又在宿主机上配置和编译好了

Ｓ３Ｃ２４４０处理器与ＤＭ９０００芯片的连接如图１所示。Ｓ３Ｃ２４４０

处理器利用片选ｎＧＣＳ２和地址线ＭＡ２分别连接ＤＭ９０００芯片的ＡＥＮ引脚和ＣＭＤ引脚，并且将ＤＭ９０００的ＳＡ９和ＳＡ８引脚设置高电平，ＳＡ７引脚设置低电平，用来片选ＤＭ９０００；Ｓ３Ｃ２４４０的ｎＯＥ引脚连接ＤＭ９０００的读引脚ＩＯＲ＃，ｎＷＥ引脚连接ＤＭ９０００的写引脚ＩＯＷ＃，并将Ｓ３Ｃ２４４０的数据线ＭＤ

Ｌｉｎｕｘ内核之后，就可以利用Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ将内核映像移植到开

发板上。

２．２ＤＭ９０００网络驱动程序的设计与实现

ＤＭ９０００网络驱动程序是基于中断工作模式下实现的网络１８

驱动程序，主要实现数据包发送和接收功能，其设计框图如图２所示。数据包的发送是在网络设备驱动程序加载时，通过驱动程序和网络设备接口之间的有专门定义的数据结构ｎｅｔ＿ｄｅｖｉｃｅ结构中的初始化函数指针调用网络设备的初始化函数，对设备进行初始化；如果操作成功就可以通过ｎｅｔ＿ｄｅｖｉｃｅ结构中的

基于ＤＭ９０００的嵌入式系统的网络接口设计与实现

ｓｗｉｔｃｈ（ｍｏｄｅ）H

ｃａｓｅＤＭ９０００＿１０ＭＨＤ：ｃａｓｅＤＭ９０００＿１００ＭＨＤ：ｃａｓｅＤＭ９０００＿１０ＭＦＤ：ｃａｓｅＤＭ９０００＿１００ＭＦＤ：ｃａｓｅＤＭ９０００＿１Ｍ＿ＨＰＮＡ：

ｍｅｄｉａ＿ｍｏｄｅ＝ｍｏｄｅI．．．

S

ｎｆｌｏｏｒ＝（ｎｆｌｏｏｒ＞１５）W０：ｎｆｌｏｏｒI

ｐｔｒ＝ｓｔｒｄｕｐ（ｅｔｈ０＿ｍａｃ＿ｓｔｒｉｎｇ）I／J设置ＤＭ９０００的ＭＡＣ地址J／

．．．

ｋｆｒｅｅ（ｐｔｒ）I

ｒｅｔｕｒｎｄｍｆｅ＿ｐｒｏｂｅ（０）I／J调用ｄｍｆｅ＿ｐｒｏｂｅ（）函数，探测ＤＭ９０００并注册模块J／．．．S

ｏｐｅｎ函数指针调用网络设备的打开函数打开设备，再通过ｎｅｔ＿ｄｅｖｉｃｅ结构中的建立硬件包头函数指针ｈａｒｄ＿ｈｅａｄｅｒ来建立硬件包头信息；最后，通过协议接口层函数ｄｅｖ＿ｑｕｅｕｅ＿ｘｍｉｔ来调用ｎｅｔ＿ｄｅｖｉｃｅ结构中的数据包发送函数ｄｍｆｅ＿ｓｔａｒｔ＿ｘｍｉｔ

的函数指针，完成数据包的发送。该函数将把存放在套接字缓冲区ｓｋ＿ｂｕｆｆ中的数据发送到物理设备。数据包的接收是通过中断机制来完成的。当有数据到达时，就产生中断信号，网络设备驱动功能层就调用中断处理程序，即数据包接收程序来处理数据包的接收。然后，网络协议接口层调用ｎｅｔｉｆ＿ｒｘ函数，把接收到的数据包传输到网络协议的上层进行处理。

３ＤＭ９０００网络驱动程序的测试

在交叉编译环境下，测试驱动程序。首先，在宿主机

图２ＤＭ９０００网络驱动程序的功能设计

实现Ｌｉｎｕｘ网络驱动程序中，数据包的发送容易理解和实现，每当内核要传输一个数据包时，都会先把数据包放入

ｓｋ＿ｂｕｆｆ结构（可以认为ｓｋ＿ｂｕｆｆ就是要处理的数据包），然后调用ｄｍｆｅ＿ｓｔａｒｔ＿ｘｍｉｔ函数将数据包放入传输队列。它的执行流程

是：首先，对相关的变量进行初始化，然后，判断待传输的数据包数量是否大于１，如果大于１，说明已经有数据包正在传输，为了避免网络拥塞，函数返回，不执行操作，返回值为１；如果小于等于１，说明目前ＤＭ９０００还可以传输数据包，那么停止传输队列，关掉所有中断，使ＤＭ９０００接口不能响应外界事件（主要是为了能够使传输函数正确进行不被干扰），将要传输的数据包放入ＤＭ９０００接口的ＴＸＲＡＭ内存中，判断Ｉ／Ｏ传输模式，可以分别以字节、字、双字模式进行数据的传输；之后，修改统计变量中的相关字段，释放套接字缓冲区；最后，唤醒所有的中断，使

［ｒｏｏｔ＠ｌｓｙＳＯＨＯＢｒｏａｄｂａｎｄＲｏｕｔｅｒ］＃提示符下，输入命令

ｍｋｄｉｒＤＭ９０００－ｄｒｉｖｅｒ，建立ＤＭ９０００－ｄｒｉｖｅｒ子目录。然后依次建立子目录ａｐｐ和ｄｒｉｖｅｒ。分别在ａｐｐ目录下编写源文件ｓｅｔｍａｃ．ｃ、ｒｅａｄｍａｃ．ｃ和它们的ｍａｋｅｆｉｌｅ文件，在ｄｒｉｖｅｒ目录下编写源文件ｄｍ９０００ｘ．ｃ和它的ｍａｋｅｆｉｌｅ文件。其中ｄｍ９０００ｘ．ｃ就是ＤＭ９０００的网络驱动程序，ｓｅｔｍａｃ．ｃ是用来设置ＤＭ９０００ＭＡＣ地址的应用程序，ｒｅａｄｍａｃ．ｃ是用来读取ＤＭ９０００ＭＡＣ地址的应用程序。在宿主机上，分别将ａｐｐ目录下的ｍａｋｅｆｉｌｅ文件和ｄｒｉｖｅｒ目录下的ｍａｋｅｆｉｌｅ文件中的编译器和链接器变量设置成ａｒｍ的编译器和链接器。

然后使用ｍａｋｅ命令编译ａｐｐ目录下的源文件，产生ｓｅｔ－ｍａｃ．ｏ、ｒｅａｄｍａｃ．ｏ模块和可执行程序ｓｅｔｍａｃ、ｒｅａｄｍａｃ；使用ｍａｋｅ命令编译ｄｒｉｖｅｒ目录下的源文件，产生ｄｍ９０００ｘ．ｏ驱动

程序模块。

在宿主机的［ｒｏｏｔ＠ｌｓｙｒｏｏｔ］＃提示符下输入命令ｍｉｎｉｃｏｍ，启动仿真终端，将宿主机的根目录挂载到目标板的／ｍｎｔ目录下，然后在目标板的仿真终端上运行在宿主机上交叉编译好的可执行程序ｓｅｔｍａｃ，ｒｅａｄｍａｃ和加载驱动模块ｄｍ９０００ｘ．ｏ。

加载驱动模块ｄｍ９０００ｘ．ｏ，可以在窗口中看到相应的调试信息的显示。然后运行ｒｅａｄｍａｃ测试程序，观察ＤＭ９０００的

ＤＭ９０００能够响应外界中断，返回值为０。

数据包的接收是在中断处理程序中完成的，虽然可以编写一个轮询的驱动程序，但是无论从吞吐率还是从计算需求上讲，中断驱动程序的性能更好。因此，在ＤＭ９０００网络驱动程序的实现上，采用的是中断模式的处理方式。

ＭＡＣ地址，这时可以在命令窗口看到ＭＡＣ地址是１１：２２：３３：４４：５５：６６。启动ｓｅｔｍａｃ测试程序，输入命令．／ｓｅｔｍａｃａａｂｂｃｃｄｄｅｅｆｆ，观察调试信息，给出提示消息ＴｈｅｎｅｗＭＡＣ

再次调用ｒｅａｄｍａｃ测试程序，ａｄｄｒｅｓｓ：ＡＡ：ＢＢ：ＣＣ：ＤＤ：ＥＥ：ＦＦ。

观察这时ＤＭ９０００的ＭＡＣ地址，可以看到ＭＡＣ地址变为ＡＡ：ＢＢ：ＣＣ：ＤＤ：ＥＥ：ＦＦ了。由测试结果可以看到，ＤＭ９０００网络驱动

程序能够正常运行。

参考文献

［１］ＤＭ９０００－ＤＳ－Ｆ０３ＤａｔａＳｈｅｅｔ．

ＤＭ９０００驱动程序模块设计完毕后，接着要解决ＤＭ９０００网络驱动程序如何在Ｌｉｎｕｘ内核下运行的问题，这里使用“模块”的方法。在ＤＭ９０００网络驱动程序中，模块的加载由函数ｉｎｔｉｎｉｔ＿ｍｏｄｕｌｅ（ｖｏｉｄ）实现，当使用者调用ｉｎｓｍｏｄ命令加载模块时，系统调用ｉｎｉｔ＿ｍｏｄｕｌｅ（）对模块进行初始化和注册，部分代码如下：

ｉｎｔｉｎｉｔ＿ｍｏｄｕｌｅ（ｖｏｉｄ）H

ｉｎｔｃｎｔIｃｈａｒJｐｔｒI

／J设置ＤＭ９０００芯片的工作模式J／

ＤａｖｉｃｏｍＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＩｎｃ．，

２００４，７［２］ＳＭＤＫ２４４０

ＥｖａｌｕａｔｉｏｎＢｏａｒｄＳｃｈｅｍａｔｉｃＤｉａｇｒａｍ，Ｓａｍｓｕｎｇ

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２００６

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ＡＲＭ９处理器［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００５

［收稿日期：２００６．１０．１３］