隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式技術(shù)得到廣闊的發(fā)展，已成為現(xiàn)代工業(yè)控制、通信類和消費(fèi)類產(chǎn)品發(fā)展的方向。以太網(wǎng)在實(shí)時(shí)操作、可靠傳輸、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一等方面的卓越性能及其便于安裝、維護(hù)簡(jiǎn)單、不受通信距離限制等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被國(guó)內(nèi)外很多監(jiān)控、控制領(lǐng)域的研究人員廣泛關(guān)注，并在實(shí)際應(yīng)用中展露出顯著的優(yōu)勢(shì)。

　　以太網(wǎng)（Ethernet）是當(dāng)今局域網(wǎng)采用的通用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。在以太網(wǎng)中，所有計(jì)算機(jī)被連接在一條電纜上，采用帶沖突檢測(cè)的載波偵聽多路訪問(wèn)（CSMA/CD）方法，采用競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制和總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?；旧?，以太網(wǎng)由共享傳輸媒體，如雙絞線電纜或同軸電纜、多端口集線器、網(wǎng)橋或交換機(jī)構(gòu)成。按照OSI（OpenSystemInterconnectionReferenceModel，開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型）7層參考模型，以太網(wǎng)定義的是物理層（PHY）和數(shù)據(jù)鏈路層（對(duì)應(yīng)以太網(wǎng)的MAC層）的標(biāo)準(zhǔn)。

　　這里介紹一種新款網(wǎng)絡(luò)接口芯片DM9000A，它可以很方便的實(shí)現(xiàn)與嵌入式CPU的接口，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展以太網(wǎng)口的功能。

　　1 以太網(wǎng)控制器DM9008簡(jiǎn)介

　　DM9008是臺(tái)灣DAVICOM公司生產(chǎn)的基于ISA總線的10M超級(jí)以太網(wǎng)控制器芯片。這集成了介質(zhì)訪問(wèn)控制子層（MAC）和物理層的功能，可以方便地設(shè)計(jì)基于ISA總線的系統(tǒng)，也可以比較簡(jiǎn)單地與通用單片機(jī)進(jìn)行接口。DM9000AE實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)媒體介質(zhì)訪問(wèn)層（MAC）和物理層（ PHY）的功能，包括MAC數(shù)據(jù)幀的組裝/拆分與收發(fā)、地址識(shí)別、CRC編碼/校驗(yàn)、MLT-3編碼器、接收噪聲抑制、輸出脈沖成形、超時(shí)重傳、鏈路完整性測(cè)試、信號(hào)極性檢測(cè)與糾正等。其基本特征是：集成10/100M物理層接口；內(nèi)部帶有16K字節(jié)SRAM用作接收發(fā)送的FIFO緩存；支持8/16bit兩種主機(jī)工作模式：通過(guò)HP的AUTO-Mdix（支持直接互連自動(dòng)翻轉(zhuǎn)）功能；支持TCP/IP加速，減輕CPU負(fù)擔(dān)，提高整機(jī)效能；10nsI/O讀寫時(shí)間。

　　主要特點(diǎn)如下：

　　·實(shí)現(xiàn)IEEE 802.3協(xié)議、10BASE-T、10BASE2和10BASE5的單片貢解決方案；

　　·集成ISA總線接口、8K×16 SRAM、介質(zhì)訪問(wèn)控制（MAC）、編解碼器（ENDEC）和10BASE-T收發(fā)器；

　　·與NOVELL NE2000軟件兼容；

　　·可選8根中斷申請(qǐng)線；

　　·自動(dòng)極性檢測(cè)和糾正；

　　·可選8、16位模式；

　　·外部可編程EEPROM；

　　·單5V電源低功耗CMOS設(shè)計(jì)；

　　·100腳PQFP封裝。

　　由于該芯片功能較強(qiáng)，配置有較多的引腳，但在與一般單片機(jī)接口時(shí)只需要用到其中的一部分即可完成常用的功能。

　　2 與8051單片機(jī)系統(tǒng)的接口電路

　　下面介紹國(guó)內(nèi)常用的8051系列單片機(jī)與DM9008的接口電路，實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)接口采用無(wú)屏蔽雙絞線（UTP）RJ-45接口。

　　圖1給出了8051單片機(jī)系統(tǒng)與DM9008網(wǎng)絡(luò)控制器的接口電路框圖。8051單片機(jī)系統(tǒng)所提供的接口信號(hào)線為：P0的8位數(shù)據(jù)總線D0～D7、5根經(jīng)過(guò)鎖存的地址線A0～A4、讀信號(hào)線RD、寫信號(hào)線WR、經(jīng)過(guò)譯碼產(chǎn)生的片選線CS1和經(jīng)過(guò)反相后高電平有效地中斷請(qǐng)求線INT。這些信號(hào)線分別與DM9008的數(shù)據(jù)線低8位SD0～SD7、地址線低5位SA0～SA4、I/O讀信號(hào)線IOR、地址使能線AEN和8根中斷請(qǐng)求線中的一根IRQ12相連。

　　DM9008的復(fù)位線RST與8051單片機(jī)的復(fù)位線同為高是電平有效，故在系統(tǒng)上電時(shí)同時(shí)復(fù)位。時(shí)鐘電路只需外接1個(gè)20MHz的晶振及2個(gè)電容即可。

　　EEPROM 93C46是一個(gè)采用4線SPI串行接口的電可擦除存儲(chǔ)器，容量為64×16位（即128個(gè)字節(jié)），主要保存DM9008的配置信息，如網(wǎng)絡(luò)硬件地址、I/O基地址、中斷線選擇等配置寄存器內(nèi)容，在DM9008復(fù)位后讀取93C46的內(nèi)容并設(shè)備內(nèi)部配置寄存器的值。如果93C46中內(nèi)容不正確，DM9008就無(wú)法正常工作。所以通常先通過(guò)編程器把配置數(shù)據(jù)寫入93C46，再把它焊在電路板上。DM9008通過(guò)EECS、EEDI、EEDO、EECK與93C46相連。

　　由于本設(shè)計(jì)只使用10BASE-T，即采用無(wú)屏蔽雙絞線的RJ45接口，而DM9008已內(nèi)置了10BASE-T的收發(fā)器，故接口部分電路比較簡(jiǎn)單，只需要外接1個(gè)隔離濾波器LAN7236即可。TPTX+、TPTX-為發(fā)送線，TPRX+、TPRX-為接收線，經(jīng)隔離后的4根線與RJ45接口相連。對(duì)于其它型號(hào)的單片機(jī)，如16位單片機(jī)80C196KC等，其接口電路只需稍作修改即可改為16位數(shù)據(jù)總線方式。

　　3 軟件設(shè)計(jì)

　　DM9008的編程包括初始化、發(fā)送、接收三部分功能。在接收和發(fā)送數(shù)據(jù)以前要進(jìn)行必需的檢測(cè)和初始化。DM9008的初始化主要是設(shè)置所需的寄存器狀態(tài)，建立網(wǎng)絡(luò)接口收發(fā)的條件。

　　DM9008可尋址的空間有32個(gè)，分別為00H～1FH。其中00H～0FH是寄存器區(qū)，00H～1FH。其中00H～0FH是寄存器區(qū)，00H作為命令寄存器，通過(guò)設(shè)置可選擇3個(gè)頁(yè)面，10H～17H為數(shù)據(jù)端口，18H～1FH為復(fù)位端口。

　　3.1 DM9008的初始化

　　DM9008的具體初始化過(guò)程如下（CPU對(duì)DM9008的尋址需要加上基地址，為了描述方便，省略掉基地址直接用DM9008的內(nèi)部地址描述寄存器地址）：

　　（1）讀入1FH端口數(shù)據(jù)，再寫回該地址以啟動(dòng)DM9008工作。

　　（2）向命令寄存器CR（00H）寫入21H，選擇寄存器頁(yè)面0，并進(jìn)行軟件復(fù)位。

　　（3）設(shè)置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)寄存器DCR（0EH）為48H。

　　（4）設(shè)置方式狀態(tài)寄存器TCR（0DH）為02H。

　　（5）讀出網(wǎng)絡(luò)的物理地址：

　　a.設(shè)置遠(yuǎn)程DMA計(jì)數(shù)器RBCR1（0BH）、RBCR0（0AH）的值為000CH；

　　b.設(shè)置遠(yuǎn)程DMA地址RSAR1（09H）、RSAR0（08H）的值為0000H；

　　c.設(shè)置命令寄存器CR（00H）為遠(yuǎn)程DMA讀，即0AH；

　　d.重復(fù)從數(shù)據(jù)端口（10H）讀6個(gè)字節(jié)，這6個(gè)字節(jié)即網(wǎng)絡(luò)物理地址；

　　e.停止遠(yuǎn)程DMA，設(shè)置CR為21H，RBCR1、RBCR0為0000H。

　?。?）設(shè)置接收狀態(tài)寄存器RCR（0CH）為04H。

　?。?）劃分緩沖區(qū)接收緩沖區(qū)和發(fā)送緩沖區(qū)，并建立接收緩沖環(huán)。將DM9008內(nèi)部RAM地址為4000H～4BFFH設(shè)置為發(fā)送緩沖區(qū)，4C00H～7FFFH設(shè)置為接收緩沖區(qū)，即設(shè)置PSTART（01H）為4CH，PSTOP（02H）為80H，BNRY（03H）為4CH。

　?。?）設(shè)置CR為61H，選擇頁(yè)面1。

　?。?）設(shè)置網(wǎng)卡地址寄存器，把PAR0（01H）～PAR5（06H）設(shè)置為前面讀出的物理地址。

　?。?0）設(shè)置當(dāng)前頁(yè)面寄存器CURR（07H）為PSTART+1，即4DH。

　?。?1）清除多址寄存器，即MAR0（08H）～MAR7（0FH）為00H。

　?。?2）設(shè)置CR為21H，選擇寄存器頁(yè)面0。

　?。?3）清除中斷狀態(tài)寄存器ISR（07H）為0FFH。

　?。?4）設(shè)置中斷屏蔽寄存器IMR（0FH）為3BH，即接收中斷允許、接收錯(cuò)誤中斷允許、發(fā)送錯(cuò)誤中斷允許、溢出中斷允許、計(jì)數(shù)器溢出中斷允許。

　　（15）設(shè)置發(fā)送設(shè)置寄存器TCR（0DH）為00H。

　?。?6）設(shè)置CR為22H，芯片進(jìn)入工作狀態(tài)。

　　3.2 接收數(shù)據(jù)

　　DM9008收到一個(gè)完整的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包后，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，CPU響應(yīng)DM9008的中斷申請(qǐng)后，進(jìn)入中斷服務(wù)程序并開始接收數(shù)據(jù)，具體過(guò)程如下：

　?。?）讀出中斷狀態(tài)寄存器ISR，并寫回該寄存器。

　　（2）判斷是否數(shù)據(jù)接收中斷，如果不是，不執(zhí)行以下步驟。

　　（3）設(shè)置CR為22H，選擇頁(yè)面0。

　?。?）設(shè)置遠(yuǎn)程DMA地址寄存器RSAR1、RSAR0為接收地址指針，該指針高位字節(jié)初始值位PSTART+1，低位字節(jié)為0。

　?。?）設(shè)置遠(yuǎn)程DMA計(jì)數(shù)器RBCR1、RBCR0為0004H；

　　（6）設(shè)置CR為遠(yuǎn)程讀0AH，讀數(shù)據(jù)端口，讀出4個(gè)字節(jié)，這4個(gè)字節(jié)第1字節(jié)表示接收狀態(tài)，第2個(gè)字節(jié)為下一包開始地址指針，第3～4個(gè)字節(jié)為本數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度（高位字節(jié)在前）。

　?。?）設(shè)置CR為22H，遠(yuǎn)程DMA完成。

　　（8）根據(jù)接收狀態(tài)判斷數(shù)據(jù)包是否接收正確，如果接收正確，啟動(dòng)遠(yuǎn)程DMA，收取該數(shù)據(jù)包并進(jìn)行處理。

　　（9）結(jié)束遠(yuǎn)程DMA，設(shè)置下接收數(shù)據(jù)指針和接收邊界指針。

　　3.3 發(fā)送數(shù)據(jù)

　　數(shù)據(jù)的發(fā)送過(guò)程應(yīng)包含三個(gè)步驟：數(shù)據(jù)包的封裝；通過(guò)遠(yuǎn)程DMA將數(shù)據(jù)包送入DMA9008的數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)；通過(guò)DM9008的本地DMA將數(shù)據(jù)送入FIFO進(jìn)行發(fā)送。具體過(guò)程如下：

　?。?）數(shù)據(jù)包在發(fā)送前應(yīng)該按規(guī)定的格式封裝好，格式如下：

　　目的地址（6字節(jié)） 源地址（6字節(jié)） 協(xié)議（2字節(jié)） 數(shù)據(jù)（不小于46字節(jié)）

　?。?）把上面的數(shù)據(jù)包通過(guò)遠(yuǎn)程DMA寫送入DM9008的數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)。

　　a.設(shè)置CR為22H，選擇寄存器頁(yè)面0；

　　b.設(shè)置中斷狀態(tài)寄存器ISR為40H，清除發(fā)送完成標(biāo)志；

　　c.設(shè)置遠(yuǎn)程DMA地址寄存器RSAR1、RSAR0為4000H，即發(fā)送緩沖區(qū)開始地址；

　　d.設(shè)置遠(yuǎn)程DMA字節(jié)計(jì)數(shù)寄存器RBCR1、RBCR0為發(fā)送數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度；

　　e.設(shè)置CR為12H，設(shè)置命令寄存器為遠(yuǎn)程DMA寫；

　　f.往數(shù)據(jù)端口寫入發(fā)送數(shù)據(jù)；

　　g.查詢中斷狀態(tài)寄存器ISR，等待遠(yuǎn)程DMA完成；

　　h.設(shè)置CR為22H，設(shè)置RBCR1、RBCR0為0，遠(yuǎn)程DMA停止；

　　i.設(shè)置ISR為40H，清除發(fā)送完成標(biāo)志。

　　（3）啟動(dòng)本地DMA，把數(shù)據(jù)發(fā)送出去。

　　a.設(shè)置發(fā)送字節(jié)計(jì)數(shù)器TBCR1（06H）、TBCR0（05H）為發(fā)送數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度；

　　b.設(shè)置發(fā)送頁(yè)面起始地址TPSR（04H）為40H，即發(fā)送緩沖區(qū)開始地址高位字節(jié)；

　　c.設(shè)置命令寄存器CR為26H，啟動(dòng)發(fā)送。

　　3.4 高層通信協(xié)議

　　上述發(fā)送、接收過(guò)程所完成的協(xié)議是MAC層和物理層的協(xié)議。要真正實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)與以太網(wǎng)上其它設(shè)備之間的通信，還需要在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)更高層的通信協(xié)議，這樣PC機(jī)的程序員就可以使用TCP/IP協(xié)議透明地訪問(wèn)嵌入式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

　　上述以8051單片機(jī)系統(tǒng)為例的嵌入式系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中除了實(shí)現(xiàn)收發(fā)數(shù)據(jù)的功能外，還需要實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議及更高層的應(yīng)用層協(xié)議才能真正實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的通信功能。TCP/IP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)通常采用C語(yǔ)言，且有現(xiàn)成的源程序，所以在用8051系列單片機(jī)編程時(shí)，可以采有C51語(yǔ)言并參考TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)的源程序來(lái)具體實(shí)現(xiàn)。