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VxWorks操作系統以其高度的可靠性、優秀的實時性、靈活的可裁減性等優勢在嵌入式系統中備受關注，廣泛應用于許多行業；而隨著網絡技術的發展，嵌入式技術與網絡技術的結合已成必然。VxWorks是最早在其內核中加入TCP／IP協議的嵌入式實時操作系統。如何設計基于VxWorks的網絡接口，是擺在嵌入式開發人員面前的首要課題。本設計以三星公司的ARM7(S3C44B0)為核心CPU，開發了VxWorks下的網絡接口，包括硬件設計和軟件實現兩個部分。 1 硬件設計 核心CPU采用三星公司的S3C44B0。S3C44B0采用ARM7TDMI內核，它通過提供全面的、通用的片上外設，大大減少了系統電路除處理器以外的元器件配置，降低了系統成本。 網絡接口芯片采用Realtek公司生產的RTL8019AS。它是一款高度集成的以太網控制器，不僅集成了MAC(介質訪問控制)子層和物理層的性能，而且與NE2000兼容，具有軟件可移植性強以及價格低廉等優點。 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的Bank3上，基地址為0x06000000。RTL8019AS支持8位／16位數據總線，在本電路中采用16位方式。 RTL8019AS共有32個輸入／輸出地址，對應地址偏移量為0x00～0x1f。現分別說明如下： ①0x00～0x0f的16個地址，為寄存器地址。 ②0x10～0xl7的8個地址，為數據讀寫端口地址。它們都是一樣的，每個都可以用來做數據讀寫端口，只要用其中一個就可以了。 ③0x18～0x1f的8個地址，為復位端口。它們的功能都是一樣的。但需要注意，實際上只有0x18、0x1a、0x1c、0xle這幾個復位端口是有效的，其他不要使用；因為有些兼容卡不支持0xl9、0xlb、Oxld等奇數地址的復位。 在軟件設計時，尤其要注意以下兩點： 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。 2 軟件實現 2.1 VxWorks的網絡協議棧和MUX接口 VxWorks中的網絡協議棧叫作"SENS(Scalable En-hanced Network Stack)"，即可裁減增強網絡協議棧。SENS是基于4.4BSDTCP／IP協議棧發展而來的。它包含了許多4.4BSDTCP／IP協議棧沒有的協議；而且SENS在實現一些協議功能時增加了許多新特性。如在IP協議實現時增加了多播功能。SENS協議棧層次如圖2所示。 SENS的基本特征與傳統的TCP／IP網絡協議棧相似，但從圖2中可以看出，SENS最大的特點是在數據鏈路層和網絡協議層之間多了MUX層。在SENS中網絡接口的驅動程序叫作"END(Enhanced Network Driver)"，即增強型網絡驅動程序，它處于數據鏈路層。IP層和TCP／UDP層合稱為"網絡協議層"。在數據鏈路層和網絡協議層之間有應用程序接口(API)，這個接口在SENS中叫作"MUX(Multiplexer)接口"。MUX接口如圖3所示。MUX接口起到隔離網絡驅動程序與網絡協議的作用。在老式的BSD4.3的驅動模式下，網絡驅動程序和協議是緊密聯結的，無論協議還是驅動程序都需要了解對方的數據結構。而在新的基于MUX的模式下，驅動程序和協議并不需要了解對方。它們通過MUX接口來通信。例如，在收到一個包后，網絡驅動程序并不直接訪問協議的數據結構；相反，當準備將數據傳給協議層時，它調用一個MUX提供的函數，該函數處理把數據傳給協議層的細節。這使得添加一個新的驅動程序或協議十分容易。MUX實現了下面的一套函數集：muxBind()、muxUn-bind()、muxDevLoad()、muxDevUnload()、muxReceive()、muxError()、muxSend()、muxTxRestartRtn()、muxM castAddrDel()、muxMcastAddrGet()、mux-PollSend()、muxMcastAddrAdd()、muxPollReceive()、muxIoctrl()。網絡驅動程序和協議都要調用上面的函數，不需要為它們添加任何附加代碼。 2.2 END設備驅動程序裝載過程 在VxWorks中，END設備驅動程序裝載過程可以分為3個步驟，即指定END設備，裝載END設備和啟動END設備。END設備的指定是通過數組endDevTbl[ ]來完成的，該數組描述了系統中的所有網絡設備的裝載人口點及其相關參數。系統調用MUX設備裝載函數mux-DevLoad()來裝載END設備，調用MUX設備啟動函數muxDevStart()來啟動END設備。網絡設備驅動程序的裝載過程如圖4所示。系統通過usrRoot()函數來調用usrNetInit()函數完成MUX的初始化，裝載網絡設備表endDevTbl[ ]中描述的所有設備，并將IP協議綁定到網絡引導設備上等。 當網絡設備產生中斷時，VxWorks調用驅動程序先前注冊的中斷服務程序。中斷服務程序應做盡可能少的工作，以完成將數據包從本地網絡設備送出／取出的操作。 2.3 文件配置 由于RTL8019兼容NE2000網卡芯片，只需要在其基礎上完成必要的修改。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 添加網絡宏定義： 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(其函數命名格式為xxLoad( ))入口點及相關參數。 (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。 ③在sysHwInit()中添加CPU端口初始化： ④在sysHwInit()中添加RTL8019芯片的復位和初始化函數。相關代碼如下(有關寄存器的宏定義請參照RTL8019數據手冊)： 結 語 本文在VxWorks嵌入式實時操作系統下，提出了網絡接口的解決方案，即以ARM7(S3C44B0)為核心CPU，控制網絡控制器TRL8019實現網絡通信。本文首先簡單介紹了幾款主要芯片，給出了硬件原理圖；然后簡要分析了VxWorks下的網絡協議和驅動裝載過程；最后，針對此網絡接口，詳細列出了VxWorks下文件配置過程，提供了部分軟件源程序，對開發人員有一定的參考價值。 |
