ARM9嵌入式系統(tǒng)的設計基礎教程-第7至13章-課件

第7章嵌入式系統(tǒng)網(wǎng)絡接口

第7章嵌入式系統(tǒng)網(wǎng)絡接口

17.1以太網(wǎng)接口

嵌入式系統(tǒng)通常使用的以太網(wǎng)協(xié)議是IEEE802.3標準。從硬件的角度看，802.3模型層間結構如圖7.1.1所示，以太網(wǎng)接口電路主要由媒質接入控制MAC控制器和物理層接口（PhysicalLayer，PHY）兩大部分構成。7.1以太網(wǎng)接口

嵌入式系統(tǒng)通常使用的以太網(wǎng)協(xié)議是IEE2圖7.1.1802.3模型層間結構圖7.1.1802.3模型層間結構31．傳輸編碼在802.3版本的標準中，沒有采用直接的二進制編碼（即用0V表示“0”，用5V表示“1”），而是采用曼徹斯特編碼（ManchesterEncoding）或者差分曼徹斯特編碼（DifferentialManchesterEncoding），不同編碼形式如圖7.1.2所示。1．傳輸編碼4圖7.1.2不同編碼形式圖7.1.2不同編碼形式5其中：曼徹斯特編碼的規(guī)律是：每位中間有一個電平跳變，從高到低的跳變表示為“0”，從低到高的跳變表示為“1”。差分曼徹斯特編碼的規(guī)律是：每位的中間也有一個電平跳變，但不用這個跳變來表示數(shù)據(jù)，而是利用每個碼元開始時有無跳變來表示“0”或“1”，有跳變表示“0”，無跳變表示“1”。曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼相比，前者編碼簡單，后者能提供更好的噪聲抑制性能。在802.3系統(tǒng)中，采用曼徹斯特編碼，其高電平為+0.85V，低電平信號為-0.85V，這樣指令信號電壓仍然是0V。其中：曼徹斯特編碼的規(guī)律是：每位中間有一個電平跳變，從高到低62．802.3Mac層的幀802.3Mac層的以太網(wǎng)的物理傳輸幀如表7.1.1所示。表7.1.1802.3幀的格式2．802.3Mac層的幀7●PR：同步位，用于收發(fā)雙方的時鐘同步，同時也指明了傳輸?shù)乃俾?，?6位的的二進制數(shù)101010101010…，最后2位是10。

●SD：分隔位，表示下面跟著的是真正的數(shù)據(jù)而不是同步時鐘，為8位的10101011。

●DA：目的地址，以太網(wǎng)的地址為48位（6個字節(jié)）二進制地址，表明該幀傳輸給哪個網(wǎng)卡。如果為FFFFFFFFFFFF，則是廣播地址。廣播地址的數(shù)據(jù)可以被任何網(wǎng)卡接收到。

●SA：源地址，48位，表明該幀的數(shù)據(jù)是哪個網(wǎng)卡發(fā)的，即發(fā)送端的網(wǎng)卡地址，同樣是6個字節(jié)?！馮YPE：類型字段，表明該幀的數(shù)據(jù)是什么類型的數(shù)據(jù)，不同協(xié)議的類型字段不同。如：0800H表示數(shù)據(jù)為IP包，0806H表示數(shù)據(jù)為ARP包，814CH是SNMP包，8137H為IPX/SPX包。小于0600H的值是用于IEEE802的，表示數(shù)據(jù)包的長度?！馪R：同步位，用于收發(fā)雙方的時鐘同步，同時也指明了傳輸8●DATA：數(shù)據(jù)段，該段數(shù)據(jù)不能超過1500B。因為以太網(wǎng)規(guī)定整個傳輸包的最大長度不能超過1514E（14B為DA，SA，TYPE）?！馪AD：填充位。由于以太網(wǎng)幀傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包最小不能小于60B，除去（DA、SA、TYPE的14B），還必須傳輸46B的數(shù)據(jù)，當數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)不足46B時，后面通常是補0（也可以補其他值）?！馞CS：32位數(shù)據(jù)校驗位。32位的CRC校驗，該校驗由網(wǎng)卡自動計算，自動生成，自動校驗，自動在數(shù)據(jù)段后面填入。不需要軟件管理。●通常，PR、SD、PAD、FCS這幾個數(shù)據(jù)段都是網(wǎng)卡（包括物理層和Mac層的處理）自動產(chǎn)生的，剩下的DA、SA、TYPE、DATA這4個段的內容是由上層的軟件控制的?！馜ATA：數(shù)據(jù)段，該段數(shù)據(jù)不能超過1500B。因為以太93．以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c●所有數(shù)據(jù)位的傳輸由低位開始，傳輸?shù)奈涣魇怯寐鼜厮固鼐幋a?！褚蕴W(wǎng)是基于沖突檢測的總線復用方法，沖突退避算法是由硬件自動執(zhí)行的?！褚蕴W(wǎng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)段的長度，DA+SA+TYPE+DATA+PAD最小為60B，最大為1514B?！裢ǔ５囊蕴W(wǎng)卡可以接收3種地址的數(shù)據(jù)，一個是廣播地址，一個是多播地址（或者叫組播地址，在嵌入式系統(tǒng)中很少用到），一個是它自己的地址。但有時，用于網(wǎng)絡分析和監(jiān)控，網(wǎng)卡也可以設置為接收任何數(shù)據(jù)包?！袢魏蝺蓚€網(wǎng)卡的物理地址都是不一樣的，是世界上唯一的，網(wǎng)卡地址由專門機構分配。不同廠家使用不同地址段，同一廠家的任何兩個網(wǎng)卡的地址也是唯一的。根據(jù)網(wǎng)卡的地址段（網(wǎng)卡地址的前3個字節(jié)）可以知道網(wǎng)卡的生產(chǎn)廠家。3．以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c107.1.2嵌入式以太網(wǎng)接口的實現(xiàn)方法在嵌入式系統(tǒng)中增加以太網(wǎng)接口，通常有如下兩種方法實現(xiàn)：（1）嵌入式處理器＋網(wǎng)卡芯片這種方法只要把以太網(wǎng)芯片連接到嵌入式處理器的總線上即可。此方法通用性強，對嵌入式處理器沒有特殊要求，不受處理器的限制，但是，嵌入式處理器和網(wǎng)絡數(shù)據(jù)交換通過外部總線（通常是并行總線）交換數(shù)據(jù)，速度慢，可靠性不高，電路板走線復雜。目前常見的以太網(wǎng)接口芯片，如CS8900、RTL8019/8029/8039、DM9008及DWL650無線網(wǎng)卡等。（2）帶有以太網(wǎng)接口的嵌入式處理器帶有以太網(wǎng)接口的嵌入式處理器通常是面向網(wǎng)絡應用而設計的，要求嵌入式處理器有通用的網(wǎng)絡接口（比如：MII接口），處理器和網(wǎng)絡數(shù)據(jù)交換通過內部總線，速度快。7.1.2嵌入式以太網(wǎng)接口的實現(xiàn)方法117.1.3在嵌入式系統(tǒng)中主要處理的以太網(wǎng)協(xié)議TCP/IP是一個分層的協(xié)議，包含有用于層、傳輸層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層等。每一層實現(xiàn)一個明確的功能，對應一個或者幾個傳輸協(xié)議。每層相對于它的下層都作為一個獨立的數(shù)據(jù)包來實現(xiàn)。典型的分層和每層上的協(xié)議如表7.1.2所示。表7.1.2TCP/IP協(xié)議的典型分層和協(xié)議7.1.3在嵌入式系統(tǒng)中主要處理的以太網(wǎng)協(xié)議121．ARP（AddressResolationProtocol，地址解析協(xié)議）網(wǎng)絡層用32位的地址來標識不同的主機（即IP地址），而鏈路層使用48位的物理（MAC）地址來標識不同的以太網(wǎng)或令牌環(huán)網(wǎng)接口。只知道目的主機的IP地址并不能發(fā)送數(shù)據(jù)幀給它，必須知道目的主機網(wǎng)絡接口的物理地址才能發(fā)送數(shù)據(jù)幀。ARP的功能就是實現(xiàn)從IP地址到對應物理地址的轉換。源主機發(fā)送一份包含目的主機IP地址的ARP請求數(shù)據(jù)幀給網(wǎng)上的每個主機，稱作ARP廣播，目的主機的ARP收到這份廣播報文后，識別出這是發(fā)送端在詢問它的IP地址，于是發(fā)送一個包含目的主機IP地址及對應的物理地址的ARP回答給源主機。為了加快ARP協(xié)議解析的數(shù)據(jù)，每臺主機上都有一個ARPcache存放最近的IP地址到硬件地址之間的映射記錄。其中每一項的生存時間（一般為20分鐘），這樣當在ARP的生存時間之內連續(xù)進行ARP解析的時候，不需要反復發(fā)送ARP請求了。1．ARP（AddressResolationProto132．ICMP（InternetControlMessagesProtocol，網(wǎng)絡控制報文協(xié)議）ICMP是IP層的附屬協(xié)議，IP層用它來與其他主機或路由器交換錯誤報文和其他重要控制信息。ICMP報文是在IP數(shù)據(jù)包內部被傳輸?shù)摹Ｔ贚inux或者Windows中，兩個常用的網(wǎng)絡診斷工具ping和traceroute（Windows下是Tracert），其實就是ICMP協(xié)議。2．ICMP（InternetControlMessag143．IP（InternetProtocol，網(wǎng)際協(xié)議）IP工作在網(wǎng)絡層，是TCP/IP協(xié)議族中最為核心的協(xié)議。所有的TCP、UDP、ICMP及IGMP數(shù)據(jù)都以IP數(shù)據(jù)包格式傳輸（IP封裝在IP數(shù)據(jù)包中）。IP數(shù)據(jù)包最長可達65535字節(jié)，其中報頭占32位。還包含各32位的源IP地址和32位的目的IP地址。TTL（time-to-live，生存時間字段）指定了IP數(shù)據(jù)包的生存時間（數(shù)據(jù)包可以經(jīng)過的最多路由器數(shù)）。TTL的初始值由源主機設置，一旦經(jīng)過一個處理它的路由器，它的值就減去1。當該字段的值為0時，數(shù)據(jù)包就被丟棄，并發(fā)送ICMP報文通知源主機重發(fā)。IP提供不可靠、無連接的數(shù)據(jù)包傳送服務，高效、靈活。不可靠（unreliable）的意思是它不能保證IP數(shù)據(jù)包能成功地到達目的地。如果發(fā)生某種錯誤，IP有一個簡單的錯誤處理算法：丟棄該數(shù)據(jù)包，然后發(fā)送ICMP消息報給信源端。任何要求的可靠性必須由上層來提供（如TCP）。3．IP（InternetProtocol，網(wǎng)際協(xié)議）15無連接（connectionless）的意思是IP并不維護任何關于后續(xù)數(shù)據(jù)包的狀態(tài)信息。每個數(shù)據(jù)包的處理是相互獨立的。IP數(shù)據(jù)包可以不按發(fā)送順序接收。如果一信源向相同的信宿發(fā)送兩個連續(xù)的數(shù)據(jù)包（先是A，然后是B），每個數(shù)據(jù)包都是獨立地進行路由選擇，可能選擇不同的路線，因此B可能在A到達之前先到達。IP的路由選擇：源主機IP接收本地TCP、UDP、ICMP、GMP的數(shù)據(jù)，生成IP數(shù)據(jù)包，如果目的主機與源主機在同一個共享網(wǎng)絡上，那么IP數(shù)據(jù)包就直接送到目的主機上。否則就把數(shù)據(jù)包發(fā)往一默認的路由器上，由路由器來轉發(fā)該數(shù)據(jù)包。最終經(jīng)過數(shù)次轉發(fā)到達目的主機。IP路由選擇是逐跳（hop-by-hop）進行的。所有的IP路由選擇只為數(shù)據(jù)包傳輸提供下一站路由器的IP地址。無連接（connectionless）的意思是IP并不維護164．TCP（TransferControlProtocol，傳輸控制協(xié)議）TCP協(xié)議是一個面向連接的可靠的傳輸層協(xié)議。TCP為兩臺主機提供高可靠性的端到端數(shù)據(jù)通信。它所做的工作包括：①發(fā)送方把應用程序交給它的數(shù)據(jù)分成合適的小塊，并添加附加信息（TCP頭），包括順序號，源、目的端口，控制、糾錯信息等字段，稱為TCP數(shù)據(jù)包。并將TCP數(shù)據(jù)包交給下面的網(wǎng)絡層處理。②接受方確認接收到的TCP數(shù)據(jù)包，重組并將數(shù)據(jù)送往高層。4．TCP（TransferControlProtoco175．UDP（UserDatagramProtocol，用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議）UDP協(xié)議是一種無連接不可靠的傳輸層協(xié)議。它只是把應用程序傳來的數(shù)據(jù)加上UDP頭（包括端口號，段長等字段），作為UDP數(shù)據(jù)包發(fā)送出去，但是并不保證它們能到達目的地?？煽啃杂蓱脤觼硖峁?。因為協(xié)議開銷少，和TCP協(xié)議相比，UDP更適用于應用在低端的嵌入式領域中。很多場合如網(wǎng)絡管理SNMP，域名解析DNS，簡單文件傳輸協(xié)議TFTP，大都使用UDP協(xié)議。5．UDP（UserDatagramProtocol，用186.端口TCP和UDP采用16位的端口號來識別上層的TCP用戶，即上層應用協(xié)議，如FTP和TELNET等。常見的TCP/IP服務都用眾所周知的1～255之間的端口號。例如FTP服務的TCP端口號都是21，Telnet服務的TCP端口號都是23。TFTP（簡單文件傳輸協(xié)議）服務的UDP端口號都是69。256～1023之間的端口號通常都是提供一些特定的UNIX服務。TCP/IP臨時端口分配1024～5000之間的端口號。6.端口197.1.4網(wǎng)絡編程接口BSD套接字（BSDSockets）使用的最廣泛的網(wǎng)絡程序編程方法，主要用于應用程序的編寫，用于網(wǎng)絡上主機與主機之間的相互通信。很多操作系統(tǒng)都支持BSD套接字編程。例如，UNIX、Linux、VxWorks、Windows的Winsock基本上是來自BSDSockets。套接字（Sockets）分為StreamSockets和DataSockets。StreamSockets是可靠性的雙向數(shù)據(jù)傳輸，對應使用TCP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)；DataSockets是不可靠連接，對應使用UDP協(xié)議傳輸數(shù)。7.1.4網(wǎng)絡編程接口20下面給出一個使用套接字接口的UDP通信的流程。UDP服務器端和一個UDP客戶端通信的程序過程：（1）創(chuàng)建一個Socket：sFd=socket（AF_INET，SOCK_DGRAM，0）（2）把Socket和本機的IP，UDP口綁定：bind（sFd，（structsockaddr*）&serverAddr，sockAddrSize）（3）循環(huán)等待，接收（recvfrom）或者發(fā)送（sendfrom）信息。（4）關閉Socket，通信終止：close（sFd）下面給出一個使用套接字接口的UDP通信的流程。217.1.5以太網(wǎng)的物理層接口及編程大多數(shù)ARM都內嵌一個以太網(wǎng)控制器，支持媒體獨立接口（MediaIndependentInterfaceMII）和帶緩沖DMA接口（BufferedDMAInterface，BDI），可在半雙工或全雙工模式下提供10M/100Mbps的以太網(wǎng)接入。在半雙工模式下，控制器支持CSMA/CD協(xié)議；在全雙工模式下，支持IEEE802.3MAC控制層協(xié)議。ARM內部雖然包含了以太網(wǎng)MAC控制，但并未提供物理層接口，因此，需外接一片物理層芯片以提供以太網(wǎng)的接入通道。常用的單口10M/100Mbps高速以太網(wǎng)物理層接口器件均提供MII接口和傳統(tǒng)7線制網(wǎng)絡接口，可方便地與ARM接口。以太網(wǎng)物理層接口器件主要功能一般包括：物理編碼子層、物理媒體附件、雙絞線物理媒體子層、10BASE-TX編碼／解碼器和雙絞線媒體訪問單元等。如CS8900、RTL8019/8029/8039等。7.1.5以太網(wǎng)的物理層接口及編程22CS8900A是CirrusLogic公司生產(chǎn)的16位以太網(wǎng)控制器，芯片內嵌片內RAM10BASE-T收發(fā)濾波器，直接ISA總線接口。該芯片的物理層接口、數(shù)據(jù)傳輸模式和工作模式等都能根據(jù)需要而動態(tài)調整，通過內部寄存器的設置來適應不同的應用環(huán)境。CS8900A采用3V供電電壓，最大工作電流55mA，具有全雙工通信方式，可編程發(fā)送功能，數(shù)據(jù)碰撞自動重發(fā)，自動打包及生成CRC校驗碼，可編程接收功能，自動切換于DMA和片內RAM，提前產(chǎn)生中斷便于數(shù)據(jù)幀預處理，數(shù)據(jù)流可降低CPU消耗，自動阻斷錯誤包，可跳線控制EEPROM功能，啟動編程支持無盤系統(tǒng)，邊沿掃描和回環(huán)測試，待機和睡眠模式，支持廣泛的軟件驅動，工業(yè)級溫度范圍，LED指示連接狀態(tài)和網(wǎng)絡活動情況等特點。采用TQFP-100封裝。CS8900A內部結構方框圖如圖7.1.3所示。CS8900A是CirrusLogic公司生產(chǎn)的16位以太23圖7.1.3CS8900A內部結構方框圖圖7.1.3CS8900A內部結構方框圖241．CS8900A工作原理CS8900A有兩種工作模式：和I/O模式。當配置成MEMORYMODE模式操作時，CS8900A的內部寄存器和幀緩沖區(qū)映射到主機內存中連續(xù)的4KB的塊中，主機可以通過這個塊直接訪問CS8900A的內部寄存器和幀緩沖區(qū)。MEMORY模式需要硬件上多根地址線和網(wǎng)卡相連。而在I/OMODE模式，對任何寄存器操作均要通過I/O端口0寫入或讀出。I/OMODE模式在硬件上實現(xiàn)比較方便，而且這也是芯片的默認模式。在I/O模式下，PacketPage存儲器被映射到CPU的8個16位的I/O端口上。在芯片被加電后，I/O基地址的默認值被置為300H。1．CS8900A工作原理25使用CS8900A作為以太網(wǎng)的物理層接口，在收到由主機發(fā)來的數(shù)據(jù)報后（從目的地址域到數(shù)據(jù)域），偵聽網(wǎng)絡線路。如果線路忙，它就等到線路空閑為止，否則，立即發(fā)送該數(shù)據(jù)幀。在發(fā)送過程中，首先它添加以太網(wǎng)幀頭（包括前導字段和幀開始標志），然后生成CRC校驗碼，最后將此數(shù)據(jù)幀發(fā)送到以太網(wǎng)上。在接收過程中，它將從以太網(wǎng)收到的數(shù)據(jù)幀在經(jīng)過解碼、去幀頭和地址檢驗等步驟后緩存在片內。在CRC校驗通過后，它會根據(jù)初始化配置情況，通知主機CS8900A收到了數(shù)據(jù)幀，最后，用某種傳輸模式（FO模式、Memory模式、DMA模式）傳到主機的存儲區(qū)中。使用CS8900A作為以太網(wǎng)的物理層接口，在收到由主機發(fā)來的262．CS8900A引腳端和功能CS8900A的ISA總線接口引腳端和功能如表7.1.3所示，EEPROM和引導編程接口引腳端和功能如表7.1.4所示，IOBASE-T接口引腳端和功能如表7.1.5所示，附加單元接口AUD引腳端和功能如表7.1.6所示，通用引腳端和功能如表7.1.7所示。2．CS8900A引腳端和功能27引腳類型功能SA[0:19]I地址總線SD[0:15］I/O雙向數(shù)據(jù)總線，三態(tài)輸出RESETI復位輸入端，高電平有效（至少保持400ns）AENI地址使能，高電平有效MEMRI存儲器讀信號，低電平有效MEMWI存儲器寫信號，低電平有效MEMCS16O存儲器16位選擇信號，OC（集電極開路）輸出REFRESHI刷新信號，低電平有效。當REFRESH為低電平時，MEMR，MEMW，IOR，IOW，DMACK0，DMACKl和DMACK2都被忽略引腳類型功能SA[0:19]I地址總線SD[0:15］I/O28表7.1.3ISA總線接口引腳端和功能IORII/O讀信號，低電平有效IOWII/O寫信號，低電平有效IOCS16I16位I/O片選信號，低電平有效IOCHRDYOI/O通道就緒信號，OC（集電極開路）輸出SBHEI系統(tǒng)總線高位使能信號，低電平有效INTRQ[0:2]O中斷請求信號，三態(tài)輸出DMARQ[0:2]ODMA請求信號，三態(tài)輸出DMACK[0:2]IDMA應答信號，低電平有效CHIPSELI片選信號，低電平有效表7.1.3ISA總線接口引腳端和功能IORII/O讀信29表7.1.4EEPROM和引導編程接口引腳端和功能引腳類型功能EESKIEEPROM時鐘輸入信號EECSIEEPROM片選輸入信號，低電平有效EEDataINIEEPROM數(shù)據(jù)輸入，內部上拉ELCSI外部邏輯片選信號，內部上拉EEDataOUTOEEPROM數(shù)據(jù)輸出CSOUTO外部引導編程選擇信號輸出，低電平有效表7.1.4EEPROM和引導編程接口引腳端和功能引腳類30表7.1.5IOBASE-T接口引腳端引腳類型功能TXD+/TXDO數(shù)據(jù)發(fā)送，差分對管輸出RXD＋/RXDI數(shù)據(jù)接收，差分對管輸入表7.1.5IOBASE-T接口引腳端引腳類型功能TXD31表7.1.6附加單元接口引腳端和功能引腳類型功能DO＋/DOOAUI數(shù)據(jù)輸出，差分對管輸出DI＋/DIIAUI數(shù)據(jù)輸入，差分對管輸入CI＋/CIIAUI振動輸入，差分對管輸入表7.1.6附加單元接口引腳端和功能引腳類型功能DO＋/32表7.1.7通用引腳端和功能引腳類型功能XTAL[1：2]I/O晶體振蕩器輸入／輸出SLEEPI硬件睡眠控制輸入信號，低電平有效，內部上拉LINKLED/HCOO線路正常輸出信號或主控制器輸出0信號，低電平有效，OC（集電極開路）輸出BSTAUTS/HC1O總線狀態(tài)輸出信號或主控制器輸出1信號，低電平有效，OC（集電極開路）輸出LANLEDO網(wǎng)絡狀態(tài)指示輸出信號，OC（集電極開路）輸出TESTI測試輸入使能信號，低電平有效，內部上拉RESI基準電阻輸入端DVDD[1:4]I數(shù)字電路電源DVSS［1:4］I數(shù)字電路地AVDD[1:4]I模擬電路電源AVSS［1:4]I模擬電路地表7.1.7通用引腳端和功能引腳類型功能XTAL[1：333．電路連接

采用CS8900A與S3C2410A連接構成的以太網(wǎng)接口電路如圖7.1.4所示。3．電路連接

采用CS8900A與S3C2410A連接構成344．CS8900A的以太網(wǎng)接口驅動程序[于明]（1）初始化函數(shù)初始化函數(shù)完成設備的初始化功能，由數(shù)據(jù)結構device中的init函數(shù)指針來調用。加載網(wǎng)絡驅動模塊后，就會調用初始化過程。首先通過檢測物理設備的硬件特征來檢測網(wǎng)絡物理設備是否存在，之后配置設備所需要的資源。比如，中斷。這些配置完成之后就要構造設備的數(shù)據(jù)結構device，用檢測到的數(shù)據(jù)初始化device中的相關變量，最后向Linux內核中注冊該設備并申請內存空間。函數(shù)定義為：4．CS8900A的以太網(wǎng)接口驅動程序[于明]35staticint__initinit_cs8900a_s3c2410(void){structnet_local*lp;intret=0;dev_cs89x0.irq=irq;dev_cs89x0.base_addr=io;dev_cs89x0.init=cs89x0_probe;dev_cs89x0.priv=kmalloc(sizeof(structnet_local),GFP_KERNEL);if(dev_cs89x0.priv==0){printk(KERN_ERR"cs89x0.c:Outofmemory.\n");return-ENOMEM;}memset(dev_cs89x0.priv,0,sizeof(structnet_local));

staticint__initinit_cs8900a36lp=(structnet_local*)dev_cs89x0.priv;request_region(dev_cs89x0.base_addr,NETCARD_IO_EXTENT,"cs8900a");spin_lock_init(&lp->lock);/*boy,they'dbettergettheseright*/if(!strcmp(media,"rj45"))lp->adapter_cnf=A_CNF_MEDIA_10B_T|A_CNF_10B_T;elseif(!strcmp(media,"aui"))lp->adapter_cnf=A_CNF_MEDIA_AUI|A_CNF_AUI;elseif(!strcmp(media,"bnc"))lp->adapter_cnf=A_CNF_MEDIA_10B_2|A_CNF_10B_2;elselp->adapter_cnf=A_CNF_MEDIA_10B_T|A_CNF_10B_T;lp=(structnet_local*)dev_c37if(duplex==1)lp->auto_neg_cnf=AUTO_NEG_ENABLE;if(io==0){printk(KERN_ERR"cs89x0.c:Moduleautoprobingnotallowed.\n");printk(KERN_ERR"cs89x0.c:Appendio=0xNNN\n");ret=-EPERM;gotoout;}if(register_netdev(&dev_cs89x0)!=0){printk(KERN_ERR"cs89x0.c:Nocardfoundat0x%x\n",io);ret=-ENXIO;gotoout;}if(duplex==1)38out:if(ret)kfree(dev_cs89x0.priv);returnret;}在這個網(wǎng)絡設備驅動程序中，設備的數(shù)據(jù)結構device就是dev_cs89x0。探測網(wǎng)絡物理設備是否存在，利用cs89x0_probe函數(shù)實現(xiàn)，通過調用register_netdrv（structnet_device*dev）函數(shù)進行注冊。與init函數(shù)相對應的cleanup函數(shù)在模塊卸載時運行，主要完成資源的釋放工作，如取消設備注冊、釋放內存、釋放端口等。函數(shù)定義為：out:39staticvoid__exitcleanup_cs8900a_s3c2410(void){if(dev_cs89x0.priv!=NULL){/*Freeuptheprivatestructure,orleakmemory:-)*/unregister_netdev(&dev_cs89x0);outw(PP_ChipID,dev_cs89x0.base_addr+ADD_PORT);kfree(dev_cs89x0.priv);dev_cs89x0.priv=NULL; /*getsre-allocatedbycs89x0_probe1*//*Ifwedon'tdothis,wecan'tre-insmoditlater.*/release_region(dev_cs89x0.base_addr,NETCARD_IO_EXTENT);}}staticvoid__exitcleanup_cs840（2）打開函數(shù)打開函數(shù)在網(wǎng)絡設備驅動程序中是在網(wǎng)絡設備被激活時調用，即設備狀態(tài)由down至up。函數(shù)定義為：staticintnet_open(structnet_device*dev){structnet_local*lp=(structnet_local*)dev->priv;intret;writereg(dev,PP_BusCTL,readreg(dev,PP_BusCTL)&~ENABLE_IRQ);

ret=request_irq(dev->irq,&net_interrupt,SA_SHIRQ,"cs89x0",dev);if(ret){printk("%s:request_irq(%d)failed\n",dev->name,dev->irq);gotobad_out;}（2）打開函數(shù)41if(lp->chip_type==CS8900)writereg(dev,PP_CS8900_ISAINT,0);elsewritereg(dev,PP_CS8920_ISAINT,0);writereg(dev,PP_BusCTL,MEMORY_ON);lp->linectl=0;writereg(dev,PP_LineCTL,readreg(dev,PP_LineCTL)|SERIAL_RX_ON|SERIAL_TX_ON);lp->rx_mode=0;writereg(dev,PP_RxCTL,DEF_RX_ACCEPT);lp->curr_rx_cfg=RX_OK_ENBL|RX_CRC_ERROR_ENBL;if(lp->isa_config&STREAM_TRANSFER)if(lp->chip_type==CS8900)42lp->curr_rx_cfg|=RX_STREAM_ENBL;writereg(dev,PP_RxCFG,lp->curr_rx_cfg);writereg(dev,PP_TxCFG,TX_LOST_CRS_ENBL|TX_SQE_ERROR_ENBL|TX_OK_ENBL|TX_LATE_COL_ENBL|TX_JBR_ENBL|TX_ANY_COL_ENBL|TX_16_COL_ENBL);writereg(dev,PP_BufCFG,READY_FOR_TX_ENBL|RX_MISS_COUNT_OVRFLOW_ENBL|TX_COL_COUNT_OVRFLOW_ENBL|TX_UNDERRUN_ENBL);lp->curr_rx_cfg|=RX_STREAM_E43writereg(dev,PP_BusCTL,readreg(dev,PP_BusCTL)|ENABLE_IRQ);enable_irq(dev->irq);netif_start_queue(dev);DPRINTK(1,"cs89x0:net_open()succeeded\n");return0;bad_out:returnret;}writereg(dev,PP_BusCTL,readr44打開函數(shù)中對寄存器操作使用了兩個函數(shù)：readreg和writereg。readreg函數(shù)用來讀取寄存器內容，writereg函數(shù)用來寫寄存器。函數(shù)定義為：inlineintreadreg(structnet_device*dev,intportno){outw(portno,dev->base_addr+ADD_PORT);returninw(dev->base_addr+DATA_PORT);}inlinevoidwritereg(structnet_device*dev,intportno,intvalue){outw(portno,dev->base_addr+ADD_PORT);outw(value,dev->base_addr+DATA_PORT);}打開函數(shù)中對寄存器操作使用了兩個函數(shù)：readreg和wri45（3）關閉函數(shù)關閉函數(shù)釋放資源減少系統(tǒng)負擔，設備狀態(tài)有up轉為down時被調用。函數(shù)定義為：staticintnet_close(structnet_device*dev){netif_stop_queue(dev);writereg(dev,PP_RxCFG,0);writereg(dev,PP_TxCFG,0);writereg(dev,PP_BufCFG,0);writereg(dev,PP_BusCTL,0);free_irq(dev->irq,dev);/*Updatethestatisticshere.*/return0;}（3）關閉函數(shù)46（4）發(fā)送函數(shù)首先，在網(wǎng)絡設備驅動加載時，通過device域中的init函數(shù)指針調用網(wǎng)絡設備的初始化函數(shù)對設備進行初始化，如果操作成功，就可以通過device域中的open函數(shù)指針調用網(wǎng)絡設備的打開函數(shù)打開設備，再通過device域中的包頭函數(shù)指針hard_header來建立硬件包頭信息。最后，通過協(xié)議接口層函數(shù)dev_queue_xmit調用device域中的hard_start_xmit函數(shù)指針來完成數(shù)據(jù)包的發(fā)送。如果發(fā)送成功，hard_start_xmit釋放sk_buff，返回0。如果設備暫時無法處理，比如，硬件忙，則返回l。此時如果dev->tbusy置為非0，則系統(tǒng)認為硬件忙，要等到dev->tbusy置0以后才會再次發(fā)送。tbusy的置0任務一般由中斷完成。硬件在發(fā)送結束會產(chǎn)生中斷，這時可以把tbusy置0，然后用mark_bh()調用通知系統(tǒng)可以再次發(fā)送。在CS8900A驅動程序中，網(wǎng)絡設備的傳輸函數(shù)dev->hard_start__xmit定義為net_send_packet：（4）發(fā)送函數(shù)47staticintnet_send_packet(structsk_buff*skb,structnet_device*dev){structnet_local*lp=(structnet_local*)dev->priv;writereg(dev,PP_BusCTL,0x0);writereg(dev,PP_BusCTL,readreg(dev,PP_BusCTL)|ENABLE_IRQ);DPRINTK(3,"%s:sent%dbytepacketoftype%x\n",dev->name,skb->len,(skb->data[ETH_ALEN+ETH_ALEN]<<8)|(skb->data[ETH_ALEN+ETH_ALEN+1]));spin_lock_irq(&lp->lock);netif_stop_queue(dev);/*initiateatransmitsequence*/staticintnet_send_packet(str48writeword(dev,TX_CMD_PORT,lp->send_cmd);writeword(dev,TX_LEN_PORT,skb->len);/*Testtoseeifthechiphasallocatedmemoryforthepacket*/if((readreg(dev,PP_BusST)&READY_FOR_TX_NOW)==0){spin_unlock_irq(&lp->lock);DPRINTK(1,"cs89x0:Txbuffernotfree!\n");return1;}/*Writethecontentsofthepacket*/writeblock(dev,skb->data,skb->len);spin_unlock_irq(&lp->lock);dev->trans_start=jiffies;dev_kfree_skb(skb);return0;}writeword(dev,TX_CMD_PORT,l49（5）中斷處理和接收函數(shù)網(wǎng)絡設備接收數(shù)據(jù)通過中斷實現(xiàn)，當數(shù)據(jù)收到后，產(chǎn)生中斷，在中斷處理程序中驅動程序申請一塊sk_buff（skb），從硬件讀出數(shù)據(jù)放置到申請好的緩沖區(qū)里。接下來，填充sk_buff中的一些信息。處理完后，如果是獲得數(shù)據(jù)包，則執(zhí)行數(shù)據(jù)接收子程序，該函數(shù)被中斷服務程序調用。函數(shù)定義：staticvoidnet_rx(structnet_device*dev){structnet_local*lp=(structnet_local*)dev->priv;structsk_buff*skb;intstatus,length;intioaddr=dev->base_addr;status=inw(ioaddr+RX_FRAME_PORT);（5）中斷處理和接收函數(shù)50if((status&RX_OK)==0){count_rx_errors(status,lp);return;}length=inw(ioaddr+RX_FRAME_PORT);/*Mallocupnewbuffer.*/skb=dev_alloc_skb(length+2);if(skb==NULL){lp->stats.rx_dropped++;return;}if((status&RX_OK)==0)51skb_reserve(skb,2)，/*longwordalignL3header*/skb->len=length;skb->dev=dev;readblock(dev,skb->data,skb->len);DPRINTK(3,"%s:received%dbytepacketoftype%x\n",dev->name,length,(skb->data[ETH_ALEN+ETH_ALEN]<<8|skb->data[ETH_ALEN+ETH_ALEN+1]);

skb->protocol=eth_type_trans(skb,dev);netif_rx(skb);dev->last_rx=jiffies;lp->stats.rx_packets++;lp->stats.rx_bytes+=length;}skb_reserve(skb,2)，/*longwo52在net_rx()函數(shù)中調用netif_rx()把數(shù)據(jù)傳送到協(xié)議層。netif_rx()函數(shù)把數(shù)據(jù)放入處理隊列，然后返回，真正的處理是在中斷返回以后，這樣可以減少中斷時間。調用netif_rx()后，驅動程序不能再存取數(shù)據(jù)緩沖區(qū)if_rx()函數(shù)在net/core/dev.c中定義為：intnetif_rx(structsk_buff*skb){intthis_cpu=smp_processor_id();structsoftnet_data*queue;unsignedlongflags;if(skb->stamp_sec==0) do_gettimeofday(&skb->stamp);queue=&softnet_data[this_cpu];local_irq_save(flags);在net_rx()函數(shù)中調用netif_rx()把數(shù)據(jù)傳送到53netdev_rx_stat[this_cpu].total++;if(queue->input_pkt_queue.qlen<=netdev_max_backlog){if(queue->input_pkt_queue.qlen){if(queue->throttle) gotodrop;enqueue: dev_hold(skb->dev);__skb_queue_tail(&queue->input_pkt_queue,skb);cpu_raise_softirq(this_cpu,NET_RX_SOFTIRQ);local_irq_restore(flags);#ifndefOFFLINE_SAMPLEget_sample_stats(this_cpu);#endifreturnsoftnet_data[this_cpu]g_level;}netdev_rx_stat[this_cpu].total54if(queue->throttle){queue->throttle=0;#ifdefCONFIG_NET_HW_FLOWCONTROLif(atomic_dec_and_test(&netdev_dropping)) netdev_wakeup();#endif}gotoenqueue;}if(queue->throttle==0){queue->throttle=1;netdev_rx_stat[this_cpu].throttled++;#ifdefCONFIG_NET_HW_FLOWCONTROLif(queue->throttle)55atomic_inc(&netdev_dropping);#endif}drop: netdev_rx_stat[this_cpu].dropped++;local_irq_restore(flags);kfree_skb(skb);returnNET_RX_DROP;}中斷函數(shù)net_interrupt在打開函數(shù)中申請，中斷發(fā)生后，首先驅動中斷管腳為高電平，然后主機讀取CS8900A中的中斷申請序列ISQ值，以確定事件類型，根據(jù)事件類型做出響應。函數(shù)定義為：atomic_inc(&netdev_dropping);56staticvoidnet_interrupt(intirq,void*dev_id,structpt_regs*regs){

structnet_device*dev=dev_id;structnet_local*lp;intioaddr,status;ioaddr=dev->base_addr;lp=(structnet_local*)dev->priv;

while((status=readword(dev,ISQ_PORT))){DPRINTK(4,"%s:event=%04x\n",dev->name,status);switch(status&ISQ_EVENT_MASK){caseISQ_RECEIVER_EVENT:/*Gotapacket(s).*/staticvoidnet_interrupt(int57net_rx(dev);break;caseISQ_TRANSMITTER_EVENT:lp->stats.tx_packets++;netif_wake_queue(dev); /*Informupperlayers.*/if((status&( TX_OK|TX_LOST_CRS|TX_SQE_ERROR|TX_LATE_COL|TX_16_COL))!=TX_OK){if((status&TX_OK)==0)lp->stats.tx_errors++;if(status&TX_LOST_CRS)lp->stats.tx_carrier_errors++;if(status&TX_SQE_ERROR)lp->stats.tx_heartbeat_errors++;if(status&TX_LATE_COL)lp->stats.tx_window_errors++;if(status&TX_16_COL)lp->stats.tx_aborted_errors++;}break;net_rx(dev);58caseISQ_BUFFER_EVENT:if(status&READY_FOR_TX){netif_wake_queue(dev); /*Informupperlayers.*/}if(status&TX_UNDERRUN){DPRINTK(1,"%s:transmitunderrun\n",dev->name);lp->send_underrun++;if(lp->send_underrun==3) lp->send_cmd=TX_AFTER_381;elseif(lp->send_underrun==6) lp->send_cmd=TX_AFTER_ALL;netif_wake_queue(dev); /*Informupperlayers.*/}break;caseISQ_BUFFER_EVENT:59caseISQ_RX_MISS_EVENT:lp->stats.rx_missed_errors+=(status>>6);break;caseISQ_TX_COL_EVENT:lp->stats.collisions+=(status>>6);break;}}}caseISQ_RX_MISS_EVENT:60

7.2CAN總線接口7.2.1CAN總線概述CAN（ControllerAreaNetwork，控制器局域網(wǎng)）是德國Bosch公司于1983年為汽車應用而開發(fā)的，它是一種現(xiàn)場總線（FieldBus），能有效支持分布式控制和實時控制的串行通信網(wǎng)絡。1993年11月，ISO正式頒布了控制器局域網(wǎng)CAN國際標準（IS011898）。一個理想的由CAN總線構成的單一網(wǎng)絡中可以掛接任意多個節(jié)點，實際應用中節(jié)點數(shù)目受網(wǎng)絡硬件的電氣特性所限制。例如：當使用PhilipsP82C250作為CAN收發(fā)器時，同一網(wǎng)絡中允許掛接110個節(jié)點。CAN可提供1Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。CAN總線是一種多主方式的串行通信總線?；驹O計規(guī)范要求有高的位速率，高抗電磁干擾性，并可以檢測出產(chǎn)生的任何錯誤。當信號傳輸距離達到10Km時CAN總線仍可提供高達50Kb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。CAN總線具有很高的實時性能，已經(jīng)在汽車工業(yè)、航空工業(yè)、工業(yè)控制、安全防護等領域中得到了廣泛應用。

7.2CAN總線接口7.2.1CAN總線概述61CAN總線的通信介質可采用雙絞線、同軸電纜和光導纖維，最常用的是雙絞線。通信距離與波特率有關，最大通信距離可達10km，最大通信波特率可達1Mbps。CAN總線仲裁采用11位標識和非破壞性位仲裁總線結構機制，可以確定數(shù)據(jù)塊的優(yōu)先級，保證在網(wǎng)絡節(jié)點沖突時最高優(yōu)先級節(jié)點不需要沖突等待。CAN總線采用了多主競爭式總線結構，具有多主站運行和分散仲裁的串行總線以及廣播通信的特點。CAN總線上任意節(jié)點可在任意時刻主動向網(wǎng)絡上其他節(jié)點發(fā)送信息而不分主次，因此可在各節(jié)點之間實現(xiàn)自由通信。CAN總線信號使用差分電壓傳送，兩條信號線被稱為CAN_H和CAN_L，靜態(tài)時均是2.5V左右，此時狀態(tài)表示為邏輯1，也可以叫做“隱性”。采用CAN_H比CAN_L高表示邏輯0，稱為“顯性”，通常電壓值為CAN_H=3.5V和CAN_L=1.5V。當“顯性”位和“隱性”位同時發(fā)送的時候，最后總線數(shù)值將為“顯性”。CAN總線的一個位時間可以分成四個部分：同步段，傳播時間段，相位緩沖段1和相位緩沖段2。每段的時間份額的數(shù)目都是可以通過CAN總線控制器編程控制，而時間份額的大小tq由系統(tǒng)時鐘tsys和波特率預分頻值BRP決定：tq=BRP/tsys。圖7.2.1說明了CAN總線的一個位時間的各個組成部分。CAN總線的通信介質可采用雙絞線、同軸電纜和光導纖維，最常用62圖7.2.1CAN總線的一個位時間圖7.2.1CAN總線的一個位時間63●同步段：用于同步總線上的各個節(jié)點，在此段內期望有一個跳變沿出現(xiàn)（其長度固定）。如果跳變沿出現(xiàn)在同步段之外，那么沿與同步段之間的長度叫做沿相位誤差。采樣點位于相位緩沖段1的末尾和相位緩沖段2開始處?！駛鞑r間段：用于補償總線上信號傳播時間和電子控制設備內部的延遲時間。因此，要實現(xiàn)與位流發(fā)送節(jié)點的同步，接收節(jié)點必須移相。CAN總線非破壞性仲裁規(guī)定，發(fā)送位流的總線節(jié)點必須能夠收到同步于位流的CAN總線節(jié)點發(fā)送的顯性位?！裣辔痪彌_段1：重同步時可以暫時延長?！裣辔痪彌_段2：重同步時可以暫時縮短。●同步跳轉寬度：長度小于相位緩沖段。同步段，傳播時間段，相位緩沖段1和相位緩沖段2的設定和CAN總線的同步、仲裁等信息有關。其主要思想是要求各個節(jié)點在一定誤差范圍內保持同步。必須考慮各個節(jié)點時鐘（振蕩器）的誤差和總線的長度帶來的延遲（通常每米延遲為5.5ns）。正確設置CAN總線各個時間段，是保證CAN總線良好工作的關鍵?！裢蕉危河糜谕娇偩€上的各個節(jié)點，在此段內期望有一個跳647.2.2在嵌入式處理器上擴展CAN總線接口一些面向工業(yè)控制的嵌入式處理器本身就集成了一個或者多個CAN總線控制器。例如：韓國現(xiàn)代公司的hms30c7202（ARM720T內核）帶有兩個CAN總線控制器；Phillips公司的LPC2194和LPC2294（ARM7TDMI內核）帶有4個CAN總線控制器。CAN總線控制器主要是完成時序邏輯轉換等工作，要在電氣特性上滿足CAN總線標準，還需要一個CAN總線的物理層芯片，用它來實現(xiàn)TTL電平到CAN總線電平特性的轉換，即CAN收發(fā)器。實際上，多數(shù)嵌入式處理器都不帶CAN總線控制器。通常的解決方案是在嵌入式處理器的外部總線上擴展CAN總線接口芯片，例如：Phillips公司的SJA1000CAN總線接口芯片，Microchip公司的MCP251x系列（MCP2510和MCP2515）CAN總線接口芯片，這兩種芯片都支持CAN2.0B標準。SJA1000的總線采用的是地址線和數(shù)據(jù)線復用的方式，多數(shù)嵌入式處理器采用SJA1000擴展CAN總線較為復雜。7.2.2在嵌入式處理器上擴展CAN總線接口65MCP2510是由Microchip公司生產(chǎn)的CAN協(xié)議控制器，完全支持CAN總線V2.OA/B技術規(guī)范。0～8字節(jié)的有效數(shù)據(jù)長度，支持遠程幀；最大1Mb/s的可編程波特率；兩個支持過濾器Filter，Mask）的接收緩沖區(qū)，三個發(fā)送緩沖區(qū)；支持回環(huán)（LoopBack）模式，便于測試；SPI高速串行總線，最大5MHz；3V到5.5V供電。MCP2510主要由CAN協(xié)議引擎，用來為器件及其運行進行配置的控制邏輯，SRAM寄存器和SPI協(xié)議模塊3部分組成。MCP2510支持CANT2、CAN2.0A、主動和被動CAN2.0B等版本的協(xié)議，能夠發(fā)送和接收標準和擴展報文，還同時具備驗收過濾以及報文管理功能。MCP2510包含三個發(fā)送緩沖器和兩個接收緩沖器，減少了處理器（CPU）的管理負擔。CPU的通信是通過行業(yè)標準串行外設接口（SPI）來實現(xiàn)的，其數(shù)據(jù)傳輸速率高達5Mbps。CPU通過SPI接口與器件進行通信。通過使用標準SPI讀／寫命令對寄存器進行所有讀／寫操作。器件上有一個多用途中斷引腳以及各接收緩沖器專用的中斷引腳，可用于指示有效報文是否被接收和載入各接收緩沖器。是否使用專用中斷引腳由用戶決定，若不使用，也可用通用中斷引腳和狀態(tài)寄存器（通過SPI接口訪問）確定有效報文是否已被接收。MCP2510是由Microchip公司生產(chǎn)的CAN協(xié)議控制661．CAN協(xié)議引擎CAN協(xié)議引擎的功能是處理所有總線上的報文發(fā)送和接收。報文發(fā)送時，首先將報文裝載到正確的報文緩沖器和控制寄存器中。利用控制寄存器位、通過SPI接口或使用發(fā)送使能引腳均可啟動發(fā)送操作。通過讀取相應的寄存器可以檢查通信狀態(tài)和錯誤。任何在CAN總線上偵測到的報文都會進行錯誤檢測，然后與用戶定義的濾波器進行匹配，以確定是否將其轉移到兩個接收緩沖器之一中。CAN協(xié)議引擎的核心是有限狀態(tài)機（FSM）。該狀態(tài)機逐位檢查報文，當各個報文幀發(fā)生數(shù)據(jù)字段的發(fā)送和接收時，狀態(tài)機改變狀態(tài)。FSM確保了報文接收、總線仲裁、報文發(fā)送以及錯誤信號發(fā)生等操作過程依據(jù)CAN總線協(xié)議進行?？偩€上報文的自動重發(fā)送也由FSM處理。1．CAN協(xié)議引擎672．CAN報文幀MCP2510支持CAN2.0B技術規(guī)范中所定義的標準數(shù)據(jù)幀、擴展數(shù)據(jù)幀以及遠程幀（標準和擴展），詳細的描述請登錄microchip，查閱MCP2510數(shù)據(jù)手冊。3．寄存器映射表MCP2510寄存器映射表如表7.2.1所示。通過使用行（低4位）列（高4位）值可對映射表中的寄存器地址進行確定。寄存器的地址排列優(yōu)化了寄存器數(shù)據(jù)的順序讀／寫。一些特定控制和狀態(tài)寄存器允許使用SPI位修改命令進行單獨位的設定?？梢允褂梦恍薷拿顚Ρ?.2.1中的陰影部分的寄存器進行位修改操作。2．CAN報文幀684．SPI接口MCP2510可以與許多微控制器的串行外設接口（SPI）直接相連，支持0，0和1，1運行模式。外部數(shù)據(jù)和命令通過SI引腳傳送到器件中，而數(shù)據(jù)在SCK時鐘信號的上升沿傳送進去。MCP2510在SCK下降沿通過SO引腳發(fā)送。MCP2510SPI指令如表7.2.3所示。有關0，0和1，1運行模式詳細的輸入輸出時序請登錄microchip，查閱MCP2510數(shù)據(jù)手冊。4．SPI接口69CANSPI接口函數(shù)為：unsignedcharCAN_SPI_CMD（unsignedcharcmd，unsignedlongaddr，unsignedcharargl，unsignedchararg2）其中cmd表示指令名稱，addr為寄存器地址，argl和arg2為可選的參數(shù)?！馽md為SPI_CMD_READ時，將讀取addr地址的寄存器值；argl和arg2沒有使用?！馽md為SPI_CMD_WRITE時，將往addr地址的寄存器寫argl值，arg2沒有使用。●cmd為SPI_CMD_RTS時，將發(fā)送RTS請求，argl和arg2沒有使用。●cmd為SPI_CMD_READSTA時，將讀取MCP2510的狀態(tài)，并返回該狀態(tài)。CANSPI接口函數(shù)為：70●cmd為SPI_CMD_BITMOD時，將對addr地址的寄存器進行位修改。位修改命令提供了一種對特定控制和狀態(tài)寄存器中單獨的位進行設定和清除的方法。argl為屏蔽字節(jié)，arg2為數(shù)據(jù)字節(jié)。屏蔽字節(jié)決定寄存器中的哪一位將被修改。屏蔽字節(jié)中的“1”表示允許對寄存器相應的位進行修改，0則禁止修改。數(shù)據(jù)字節(jié)確定寄存器位修改后的最終結果。如圖7.2.3所示，如果屏蔽字節(jié)相應位設置為1，數(shù)據(jù)字節(jié)中的1表示將對寄存器對應位置1，而0則將對該位清零?！馽md為SPI_CMD_RESET時，將發(fā)送復位指令，復位指令為單字節(jié)指令，可以重新初始化MCP2510的內部寄存器，并設置配置模式。它一般在期間上電初始化過程中進行?！馽md為SPI_CMD_BITMOD時，將對addr地71圖7.2.3MCP2510位修改指令

圖7.2.3MCP2510位修改指令725．報文發(fā)送CAN報文發(fā)送函數(shù)為：voidMCP2510_TX（intTxBuf，intIdType，unsignedintid，intDataLen，Char*data）MCP2510采用三個發(fā)送緩沖器。通過TxBuf參數(shù)指定發(fā)送到哪個緩沖器（TXBUF0、TXBUF1或TXBUF2。IdType決定發(fā)送報文幀的類型，STAN-DID表示標準數(shù)據(jù)幀，EXTID表示擴展數(shù)據(jù)幀。Id為幀ID，DataLen為待發(fā)送數(shù)據(jù)長度，必須小于等于8，data為待發(fā)送數(shù)據(jù)內容。6．報文接收CAN報文接收函數(shù)為：voidMCP2510_RX（intRxBuf，int*IdType，unsignedint*id，int*DataLen，char*data）MCP2510具有兩個全文接收緩沖器。通過RxBuf參數(shù)指定從哪個緩沖器接收<RX-BUFO或RXBUFl。接收后的報文幀的類型、幀ID，數(shù)據(jù)長度以及數(shù)據(jù)內容分別保存在Id-Type、id、DataLen和data中。5．報文發(fā)送737.2.3S3C2410A與MCP2510的CAN通信接口電路1．MCP2510CAN通信接口電路大多數(shù)嵌入式處理器都有SPI總線控制器，MCP2510可以3V到5.5V供電，能夠直接和3.3VI/O口的嵌入式處理器連接，電路結構形式如圖7.2.4所示。7.2.3S3C2410A與MCP2510的CAN通信接74圖7.2.4MCP251x組成的嵌入式CAN節(jié)點圖7.2.4MCP251x組成的嵌入式CAN節(jié)點75S3C2410A包含兩個SPI接口，例如可以使用S3C2410A中的SPI0與MCP2510接口，連接電路如圖7.2.5所示。在這個電路中，MCP2510使用3.3V電壓供電，它可以直接和S3C2410A通過SPI總線連接。相關的資源如下：●使用一個擴展的I/O口（EXI02）作為片選信號，低電平有效。●用S3C2410A的外部中斷6（EXINT6）作為中斷管腳，低電平有效?！?6MHz晶體作為輸入時鐘，MCP2510內部有振蕩電路，用晶體可以直接起振?！袷褂肨JA1050作為CAN總線收發(fā)器。CAN總線收發(fā)器TJA1050必須使用5V供電。但MCP2510和TJA1050連接的兩個信號都是單向的信號。對于MCP2510，TXCAN是輸出信號，RXCAN是輸入信號。●TJA1050為5V供電時，輸入高電平Vih的范圍是2～5.3V。而3.3V供電的MCP2510輸出TXCAN信號高電平Voh最小值為2.6V，可以滿足要求。S3C2410A包含兩個SPI接口，例如可以使用S3C24176圖7.2.5MCP2510組成的CAN總線接口圖7.2.5MCP2510組成的CAN總線接口772．S3C2410ASPI接口編程SPI接口函數(shù)有：①SPI初始化函數(shù)。BOOLSPI_Init（VOID）②發(fā)送數(shù)據(jù)。BOOLSPI_SendByte（BYTEbData，BYTE*pData）③讀取數(shù)據(jù)。BOOLSPI_ReadByte（BYTE*pData）更多的內容請參考SPI接口編程。表7.2.4對SPI接口相關的部分寄存器進行了簡要說明。2．S3C2410ASPI接口編程78表7.2.4SPI控制寄存器表7.2.4SPI控制寄存器79第7章思考題與習題分析曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼的同異。簡述802.3Mac層的以太網(wǎng)的物理傳輸幀。在嵌入式系統(tǒng)中增加以太網(wǎng)接口通常采用哪些方法實現(xiàn)？TCP/IP協(xié)議包含有哪些層？各自的功能？。簡述BSD套接字網(wǎng)絡程序編程方法。登錄cirrus/cn，查閱CS8900的有關資料，分析其內部結構、引腳端功能、應用電路和編程方法。登錄realtek.tw，查閱RTL8019/8029/8039的有關資料，分析其內部結構、引腳端功能、應用電路和編程方法。簡述CAN總線的結構與特點。怎樣在嵌入式處理器上擴展CAN總線接口？登錄semiconductors.philips，查閱SJA1000CAN的有關資料，分析其內部結構、引腳端功能、應用電路和編程方法。登錄microchip，查閱MCP251x的有關資料，分析其內部結構、引腳端功能、應用電路和編程方法。

第7章思考題與習題80第8章嵌入式系統(tǒng)軟件及操作系統(tǒng)基礎第8章嵌入式系統(tǒng)軟件及操作系統(tǒng)基礎818.1嵌入式軟件基礎8.1.1嵌入式軟件的特點應用在嵌入式計算機系統(tǒng)當中的各種軟件統(tǒng)稱為嵌入式軟件，作為嵌入式系統(tǒng)的一個組成部分，目前嵌入式軟件的種類和規(guī)模都得到了極大的發(fā)展，形成了一個完整、獨立的體系。除了具有通用軟件的一般特性，同時還具有一些與嵌入式系統(tǒng)密切相關的特點，如：（l）規(guī)模較小在一般情況下，嵌入式系統(tǒng)的資源多是比較有限的，要求嵌入式軟件必須盡可能地精簡，多數(shù)的嵌入式軟件都在幾MB以內。8.1嵌入式軟件基礎8.1.1嵌入式軟件的特點82（2）開發(fā)難度大嵌入式系統(tǒng)由于硬件資源的有限，使得嵌入式軟件在時間和空間上都受到嚴格的限制，需要開發(fā)人員對編程語言、編譯器和操作系統(tǒng)有深刻的了解，才有可能開發(fā)出運行速度快、存儲空間少、維護成本低的軟件。嵌入式軟件一般都要涉及到底層軟件的開發(fā)，應用軟件的開發(fā)也是直接基于操作系統(tǒng)的，這就要求開發(fā)人員具有扎實的軟、硬件基礎，能靈活運用不同的開發(fā)手段和工具，具有較豐富的開發(fā)經(jīng)驗。嵌入式軟件的運行環(huán)境和開發(fā)環(huán)境比PC機復雜，嵌入式軟件是在目標系統(tǒng)上運行的，而嵌入式軟件的開發(fā)工作則是在另外的開發(fā)系統(tǒng)中進行，當應用軟件調試無誤后，再把它放到目標系統(tǒng)上去。（2）開發(fā)難度大83（3）高實時性和可靠性要求具有實時處理的能力是許多嵌入式系統(tǒng)的基本要求，實時性要求軟件對外部事件做出反應的時間必須要快，在某些情況下還要求是確定的、可重復實現(xiàn)的，不管系統(tǒng)當時的內部狀態(tài)如何，都是可以預測的。同時，對于事件的處理一定要在限定的時間期限之前完成，否則就有可能引起系統(tǒng)的崩潰。在航天控制、核電站、工業(yè)機器人等實時系統(tǒng)對嵌入式軟件的可靠性要求是非常高的，一旦軟件出了問題，其后果是非常嚴重的。（4）軟件固化存儲為了提高系統(tǒng)的啟動速度、執(zhí)行速度和可靠性，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲器芯片或微處理器中。（3）高實時性和可靠性要求848.1.2嵌入式軟件的分類1．系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件控制和管理嵌入式系統(tǒng)資源，為嵌入式應用提供支持的各種軟件，如設備驅動程序、嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式中間件等。2．應用軟件應用軟件是嵌入式系統(tǒng)中的上層軟件，它定義了嵌入式設備的主要功能和用途，并負責與用戶進行交互。應用軟件是嵌入式系統(tǒng)功能的體現(xiàn)，如飛行控制軟件、手機軟件、MP3播放軟件、電子地圖軟件等，一般面向于特定的應用領域，。3．支撐軟件支撐軟件指輔助軟件開發(fā)的工具軟件，如系統(tǒng)分析設計工具、在線仿真工具、交叉編譯器、源程序模擬器和配置管理工具等。在嵌入式系統(tǒng)當中，系統(tǒng)軟件和應用軟件運行在目標平臺的（即嵌入式設備上），而對于各種軟件開發(fā)工具來說，它們大部分都運行在開發(fā)平臺（PC機）上，運行Windows或Linux操作系統(tǒng)。8.1.2嵌入式軟件的分類1．系統(tǒng)軟件858.1.3嵌入式軟件的體系結構1．無操作系統(tǒng)的嵌入式軟件早期在嵌入式系統(tǒng)的應用范圍主要集中在控制領域，硬件的配置比較低，嵌入式軟件的設計主要是以應用為核心，應用軟件直接建立在硬件上，沒有專門的操作系統(tǒng)，軟件的規(guī)模也很小。無操作系統(tǒng)的嵌入式軟件主要采用循環(huán)輪轉和中斷（前后臺）兩種實現(xiàn)方式。（1）循環(huán)輪轉方式循環(huán)輪轉方式的基本設計思想是：把系統(tǒng)的功能分解為若干個不同的任務，放置在一個永不結束的循環(huán)語句當中，按照時間順序逐一執(zhí)行。當程序執(zhí)行完一輪后，又回到程序的開頭重新執(zhí)行，循環(huán)不斷。8.1.3嵌入式軟件的體系結構1．無操作系統(tǒng)的嵌入式軟件86循環(huán)輪轉方式的程序簡單、直觀、開銷小、可預測。軟件的開發(fā)可以按照自頂向下、逐步求精的方式，將系統(tǒng)要完成的功能逐級劃分成若干個小的功能模塊進行編程，最后組合在一起。循環(huán)輪轉方式的軟件系統(tǒng)只有一條執(zhí)行流程和一個地址空間，不需要任務之間的調度和切換，其程序的代碼都是固定的，函數(shù)之間的調用關系也是明確的，整個系統(tǒng)的執(zhí)行過程是可預測的。循環(huán)輪轉方式的缺點是程序必須按順序執(zhí)行，無法處理異步事件，缺乏并行處理的能力。缺乏硬件上的時間控制機制，無法實現(xiàn)定時功能。循環(huán)輪轉方式的程序簡單、直觀、開銷小、可預測。軟件的開發(fā)可以87（2）中斷方式中斷方式又稱為前后臺系統(tǒng)形式，系統(tǒng)在循環(huán)輪轉方式的基礎上增加了中斷處理功能。ISR（InterruptServiceRoutine，中斷服務程序）負責處理異步事件，即前臺程序（foreground），也稱為事件處理級程序。而后臺程序（background）是一個系統(tǒng)管理調度程序，一般采用的是一個無限的循環(huán)形式，負責掌管整個嵌入式系統(tǒng)軟、硬件資源的分配、管理以及任務的調度。后臺程序也稱為任務級程序。一般情形下，后臺程序會檢查每個任務是否具備運行條件，通過一定的調度算法來完成相應的操作。而一些對實時性有要求的操作通常由中斷服務程序來完成，大多數(shù)的中斷服務程序只做一些最基本的操作，如標記中斷事件的發(fā)生等，其余的事情會延遲到后臺程序去完成。（2）中斷方式882．有操作系統(tǒng)的嵌入式軟件從20世紀80年代開始，操作系統(tǒng)出現(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)上。如今，嵌入式操作系統(tǒng)在嵌入式系統(tǒng)中廣泛應用，尤