長沙嵌入式培訓cssve_嵌入式系統(tǒng)以太網卡控制器LAN91C96

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長沙嵌入式培訓cssve_嵌入式系統(tǒng)以太網卡控制器LAN91C96,   

摘要：以LAN91C96為例，介紹嵌入式以太網控制器基本結構;結合PXA250（XScale），分析嵌入式系統(tǒng)網絡接口卡（NIC）軟硬件設計。 關鍵詞：嵌入式系統(tǒng) NIC 網絡接口卡 LAN91C96 引 言 　　當今社會已經進入數字信息技術和網絡技術高速發(fā)展的后PC（Post-PC）時代，嵌入式系統(tǒng)已經廣泛滲透到科學研究、工程設計、軍事技術、各類產業(yè)和商業(yè)文化藝術、娛樂業(yè)以及人們的日常生活等方方面面;而網絡技術的快速發(fā)展和互聯(lián)網的廣泛應用，使得嵌入式產品有了更廣泛的前景。各種家電設備、 PDA、儀器儀表、工業(yè)生產中數據的采集與控制等設備正在逐漸走向網絡化，以共享互聯(lián)網絡中龐大的信息資源。嵌入式設備的網絡化開發(fā)有著廣闊的前景。 　　本文以SMSC公司的LAN91C96嵌入式以太網控制器為例，介紹嵌入式系統(tǒng)網絡接口卡（NIC）的軟硬件設計。 1 以太網控制器LAN91C96簡介 　　LAN91C96是SMSC公司生產的專門用于嵌入式產品的10M以太網控制器。其優(yōu)良的性能、低功耗及小尺寸，使LAN91C96成為嵌入式NIC 中的主流產品。 圖1 1.1 主要特點 ◆ 支持IEEE802.3（ANSI8802-3）以太網標準 ◆ 全雙工收發(fā)方式，具有睡眠模式 ◆ 6KB的片上RAM ◆ 與處理器接口可采用PCMCIA、ISA或Motorola 68000 ◆ 支持先進的傳輸隊列管理 ◆ 硬件MMU ◆通過串行EEPROM選擇性配置 ◆ 全雙工傳輸模式 ◆可連接同軸電纜和雙絞線，支持10Base5、10Base2、10BaseT，并可自動檢測所連介質 ◆ 高級的電源管理特性 ◆ 支持“Magic Packet”電源管理技術 ◆ 低功耗的CMOS設計 1.2 內部框架 　　圖1是LAN91C96原理框圖。 　　LAN91C96網卡控制其內部集成了6KB的RAM，用來存放數據包。內部的MMU、判決器和DMA對數據包的傳輸發(fā)送進行有效的管理。 CSMA/CD（載波監(jiān)聽多路訪問/沖突避免）模塊集成了IEEE 802.3 MAC層協(xié)議，負責監(jiān)聽網絡情況和地址過濾，若目的地址是LAN91C96的地址、廣播地址或多播地址，則接收此數據包，否則拋棄。內部物理接口 （PHY）包含一個ENDEC和10BaseT Transceiver。編解碼器（ENDEC）負責曼徹斯特（Manchester）編解碼，并提供標準6腳連接單元接口（AUI），外接同軸傳輸接收器，應用10Base2/5。傳輸數據時，10BaseT Transceiver負責把主控制器傳過來的反向不歸零碼（NRZ）數據轉換為Manchester數據，并以適當的電平加以驅動;接收時負責連接完整性測試。外接的串行電可擦除只讀ROM（EEPROM）中可存儲網卡的MAC地址，當OS啟動加載網卡時，以太網控制器就從EEPROM的固定地址中讀取 MAC地址并存儲在相應的寄存器中�；搓帋煼秾W院嵌入式, 嵌入式轉圖像, 嵌入式系統(tǒng)分酒機, 嵌入式peixun, 嵌入式支架教學, 嵌入式特征提取, 嵌入式編程器, 嵌入式與科技前沿, 鴻蒙OS嵌入式, 大金雙向氣流嵌入式, 嵌入式哪里學, 嵌入式操作系統(tǒng)包括, 如何證明嵌入式軟件, 做嵌入式有哪些課題, 嵌入式智能應用前景, 嵌入式第三章作業(yè), 嵌入式自動鎖定追蹤, 嵌入式包括哪些, 35歲轉行嵌入式, 嵌入式軟件測試課程, 嵌入式處理器的引腳, 嵌入式養(yǎng)老調查研究,

  

1.3 工作原理 　　LAN91C96內部6KB的RAM為數據包的傳輸接收提供緩沖，使全雙工工作模式下數據傳輸率可達10Mbps;MMU把RAM分成256B的頁，并負責為每個數據幀分配一個或多個頁。 　　當主處理器傳輸數據時，MMU首先根據數據大小為其在RAM中分配若干頁。在數據傳送到RAM時，此數據幀的幀號也在TX FIFO中排隊，然后此數據幀在輪到時傳送到PHY模塊進行Manchester編碼，最后根據CSMA/CD協(xié)議把此數據幀傳送到相應的介質上。 　　在介質上有數據時，LAN91C96將數據幀復制一份并傳送到ENDEC模塊進行Manchester解碼，而CSMA/CD模塊根據該數據幀頭的目的地址是否為本網卡MAC地址、廣播或多播地址來決定此數據幀的取舍。若地址匹配，MMU為其在RAM中開辟相應大小的空間，并以中斷的方式告知主處理器。在數據幀被取走后，MMU釋放此塊內存。 1.4 數據幀的構成 　　一個IEEE 802.3數據幀由以下幾個部分組成：前導位（preamle）、幀起始位（SFD）、目的地址（destination）、源地址（source）、數據長度（length）、數據（data）、幀校驗字（FCS）。如圖2所示，數據的數量范圍46“1500B，如一組要傳送的數據為46B，就用零補足;超過1500B時，需要拆成多個幀傳送。前導位、幀起始位和幀校驗字僅供控制器本身用，主處理器收到的數據幀的組成依次包括：接收狀態(tài)（1B）、下一幀的頁地址指針（1B）、目的地址（6B）、源地址（6B）、數據長度/幀類型（2B）、數據。數據長度/幀類型的值小于或等于1500B時，表示數據場的長度;反之，表示數據幀的類型。如值依次為 0x08、0x00，表示數據為IP包;值依次為0x08、0x06，表示數據為ARP包。 2 以太網卡設計方案 2.1 硬件設計方案 　　此設計方案采用的嵌入式處理器是Intel公司的PXA250（XScale）。該處理器是Intel為了滿足便攜式和嵌入式應用需求而優(yōu)化的微處理器。PXA250基于Intel XScale微體系結構，RISC架構，最高可以運行400MHz。 PXA250采用ARM指令、數據高速緩存、內存管理單元（MMU）和讀/寫緩沖器。另外，PXA250提供系統(tǒng)支持邏輯、多串行通信通道、彩色/灰度刻度LCD控制器、支持PCMCIA、通用I/O端口、USB、串口、紅外接口、JTAG、音頻等。 　　圖3是嵌入式以太網卡的原理圖。LANC91C96內部寄存器可通過對地址線A0、A1、A2、A3……的操作來訪問，LAN91C96內部寄存器寬度是16bit;而PXA250的訪問寬度是32bit，所以LANC91C96的A1、A2、A3……分別與PXA250的A2、A3、A4……相連。 LANC91C96的數據訪問寬度是16bit，所以其16根數據線與PXA250的低16根數據線相連。中斷INTR0與PXA250的GPIO11相連。 　　外接的93C46是1Kbit的串行EEPROM，64%26;#215;16陣列，按字訪問，用來存儲以太網卡的MAC地址。MAC地址是 48bit，預先燒寫在EEPROM的指定位置。每次系統(tǒng)啟動時，LAN91C96從EEPROM重讀出自己的MAC地址，存在指定的寄存器中。 EX2001是針對10M以太網的變壓濾波器。 圖3 2.2 軟件設計方案 　　該嵌入式設備運行Windows CE.net操作系統(tǒng)。Windows CE是一個搶先式多任務并具有強大通信和圖形顯示功能的Win32嵌入式操作系統(tǒng)，具有可移植性、實時性、模塊化等特點;是微軟專門為信息設備、移動應用、消費類電子產品、嵌入式應用設計的高性能操作系統(tǒng)。Windows CE是從整體上為有限資源的平臺設計的多線程、完整優(yōu)先級、多任務的操作系統(tǒng)。其模塊化設計允許它對于從掌上電腦到專用工業(yè)控制器的用戶電子設備進行定制。 　　對LAN91C96的軟件操作采用中斷處理方式：當系統(tǒng)有數據要傳輸時，首先把該數據傳到LAN91C96，LAN91C96把數據封裝成幀，加上前導字、校驗字等部分，并檢測到網絡中沒有數據在傳輸，才把此數據幀傳輸到網絡中，并向系統(tǒng)提出中斷，告知已成功傳輸數據;當LAN91C96接收到一數據幀時，首先由CSMA/CD模塊察看此數據幀的目的地址，若為此網卡MAC地址、廣播地址或多播地址，才向系統(tǒng)提出中斷，并把此數據幀傳到 LAN91C96的數據寄存器中。系統(tǒng)對此包進行處理，察看是否校驗字錯誤等，并剝去前導字，然后傳給上層NDIS進行處理。 3 結 論 　　基于上述方案的嵌入式以太網卡可以穩(wěn)定地工作，實際網絡速度可以達到9Mbps（依網絡狀況而定），并具有FTP等功能。