《ARM Cortex嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)教程》課件第5章

第5章LPC1700系列處理器通信接口技術(shù)5.1I2C總線接口5.2以太網(wǎng)接口5.3SPI接口與串口閃存5.4CAN總線接口5.5USB接口5.6I2S接口本章將介紹LPC1700系列處理器高級(jí)通信接口特性、工作原理及操作方法。高級(jí)接口包括I2C總線接口、以太網(wǎng)接口、SPI總線接口、CAN總線接口、USB總線接口和I2S總線接口等。

5.1.1I2C接口特性

LPC1700系列處理器中的I2C接口具有如下特性：

(1)標(biāo)準(zhǔn)I2C總線接口，可配置為主機(jī)、從機(jī)或者主/從機(jī)；

(2)同時(shí)發(fā)送的主機(jī)之間進(jìn)行仲裁，避免了串行總線數(shù)據(jù)的沖突；5.1I2C總線接口

(3)可編程時(shí)鐘能夠?qū)崿F(xiàn)I2C傳輸速率控制；

(4)主、從機(jī)之間雙向數(shù)據(jù)傳輸；

(5)串行時(shí)鐘同步可作為一個(gè)握手機(jī)制來(lái)掛起和恢復(fù)串行傳輸；

(6)

I2C0接口支持快速模式，運(yùn)行速度高達(dá)1MHz；

(7)采用監(jiān)控模式時(shí)可觀察所有I2C總線通信量，不用考慮從機(jī)地址；

(8)接口工作于從機(jī)模式時(shí)，可識(shí)別多達(dá)4個(gè)不同的從機(jī)地址；

(9)

I2C0是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線接口(開(kāi)漏引腳)，支持多主機(jī)操作，并允許掛接在I2C總線上的運(yùn)行器件在退出I2C總線功能時(shí)掉電；

(10)

I2C1接口和I2C2接口使用標(biāo)準(zhǔn)的I/O引腳，專用于單主機(jī)I2C總線，不支持掛接在I2C總線上的運(yùn)行器件在退出I2C總線功能時(shí)掉電，也不支持多主機(jī)I2C操作。5.1.2I2C總線引腳及應(yīng)用

LPC1700系列處理器的3個(gè)I2C接口都相同，具有I/O特性的引腳除外。這3個(gè)接口中只有I2C0符合完整I2C規(guī)范，I2C0接口可關(guān)斷與總線上某個(gè)器件的連接，并且不會(huì)影響I2C總線上的其它器件。此功能有時(shí)很有用，但它實(shí)際上限制了I2C接口不使用時(shí)相同引腳的交替使用。當(dāng)微控制器中包含多個(gè)I2C接口時(shí)該功能幾乎不用，因此，需利用標(biāo)準(zhǔn)端口來(lái)實(shí)現(xiàn)I2C1接口和I2C2接口，并且當(dāng)其它器件之間沒(méi)有I2C總線操作時(shí)，不支持關(guān)斷器件功能。標(biāo)準(zhǔn)的I/O口也可以改變I2C總線的上拉特性，且不支持多主機(jī)I2C操作。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中指定I2C接口的用途時(shí)需要注意這點(diǎn)。當(dāng)引腳用于I2C通信時(shí)，I2C1接口和I2C2接口的相關(guān)引腳應(yīng)當(dāng)為開(kāi)漏極模式。3個(gè)接口引腳描述如表5.1所示。

表5.1I2C接口引腳描述

圖5.1I2C連接原理圖5.1.3I2C總線基本原理

I2C總線上共有兩類(lèi)設(shè)備：主機(jī)設(shè)備(Master)和從機(jī)設(shè)備(Slave)，每個(gè)設(shè)備都有唯一的設(shè)備地址用于總線尋址。主機(jī)負(fù)責(zé)啟動(dòng)總線、產(chǎn)生時(shí)鐘、控制其它從機(jī)設(shè)備接收或發(fā)送數(shù)據(jù)，此時(shí)任何被尋址的設(shè)備均被認(rèn)為是從機(jī)，且I2C總線的控制完全由掛接在總線上的主機(jī)送出的地址和數(shù)據(jù)決定?？偩€上設(shè)備的角色并不是一成不變的，根據(jù)其功能用戶程序(也有的受硬件限制)可使其工作于主機(jī)、從機(jī)或者是主/從機(jī)角色。根據(jù)I2C總線通信數(shù)據(jù)中方向位(R/W)狀態(tài)的不同，I2C總線上存在以下兩種類(lèi)型的數(shù)據(jù)傳輸：

(1)主發(fā)送器向從接收器發(fā)送數(shù)據(jù)。主機(jī)發(fā)送的第一個(gè)字節(jié)是從機(jī)地址與方向位(W)，接下來(lái)是數(shù)據(jù)字節(jié)流。從機(jī)每接收到一個(gè)字節(jié)返回一個(gè)應(yīng)答位(ACK)。主機(jī)通過(guò)應(yīng)答位判斷從機(jī)是否接收到數(shù)據(jù)。

(2)從發(fā)送器向主接收器發(fā)送數(shù)據(jù)。第一個(gè)字節(jié)由主機(jī)發(fā)送，內(nèi)容為從地址加方向位(R)，然后從機(jī)返回一個(gè)應(yīng)答位(ACK)，接下來(lái)從機(jī)向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)。主機(jī)每接收到一個(gè)字節(jié)返回一個(gè)應(yīng)答位(ACK)，接收完最后一個(gè)字節(jié)，主機(jī)返回一個(gè)非應(yīng)答位(NACK)，即命令從機(jī)不要再發(fā)送數(shù)據(jù)。此過(guò)程中主機(jī)產(chǎn)生所有的同步脈沖、起始信號(hào)(START)和結(jié)束信號(hào)(STOP)。一次傳送在一個(gè)STOP信號(hào)或者一個(gè)重復(fù)的START信號(hào)后結(jié)束。由于一個(gè)重復(fù)的START信號(hào)也是下一次串行傳輸?shù)拈_(kāi)始，故此時(shí)I2C總線不會(huì)被釋放。5.1.4I2C操作模式

LPC1700系列處理器的每個(gè)I2C接口都是面向字節(jié)的，具有四種操作模式：主機(jī)發(fā)送模式、主機(jī)接收模式、從機(jī)發(fā)送模式和從機(jī)接收模式。本節(jié)只介紹主機(jī)角色的I2C接口操作模式與使用方法，從機(jī)的相關(guān)介紹請(qǐng)參閱LPC1700處理器I2C接口相關(guān)章節(jié)。

在一個(gè)給定的應(yīng)用中，I2C模塊可以是主機(jī)、從機(jī)或兩者兼有。在從機(jī)模式時(shí)，I2C硬件尋找自己的從機(jī)地址和通用呼叫地址。當(dāng)這些地址中的一個(gè)被檢測(cè)到時(shí)，會(huì)發(fā)出一個(gè)中斷請(qǐng)求。如果處理器想成為總線主機(jī)，則該硬件需等待，直至總線被釋放才能進(jìn)入主機(jī)模式，以避免打斷從機(jī)操作。如果在主機(jī)模式下，當(dāng)總線仲裁失敗時(shí)，I2C模塊會(huì)立即轉(zhuǎn)換成從機(jī)模式，在同一串行傳輸中檢測(cè)自己的從機(jī)地址。

1．主機(jī)發(fā)送模式

主機(jī)發(fā)送模式下數(shù)據(jù)由主機(jī)發(fā)送到從機(jī)，其總線通信格式如圖5.2所示。在進(jìn)入主發(fā)送模式之前，I2CONSET寄存器必須按照表4.72進(jìn)行初始化。I2EN位必須置為1以使能I2C功能。如果AA位為0，當(dāng)其它設(shè)備為總線主機(jī)時(shí)，處理器的I2C接口不會(huì)響應(yīng)任何地址，因此不可能進(jìn)入從機(jī)模式。STA、STO和SI位必須為0，當(dāng)向I2CONCLR寄存器的SIC位寫(xiě)入1時(shí)SI位會(huì)被清0。主機(jī)設(shè)備的設(shè)置如表5.2所示。

圖5.2主機(jī)發(fā)送模式的通信格式

表5.2用于設(shè)置主機(jī)設(shè)備的I2CONSET寄存器傳輸?shù)牡谝粋€(gè)字節(jié)包含接收器件的7位從機(jī)地址和1位數(shù)據(jù)方向位。這種模式的數(shù)據(jù)方向位(R/W)應(yīng)設(shè)為0，表示寫(xiě)。數(shù)據(jù)是8位同時(shí)發(fā)送的，每個(gè)字節(jié)發(fā)送完后，會(huì)收到一個(gè)確認(rèn)位。START和STOP信號(hào)輸出分別表示一次串行傳輸?shù)拈_(kāi)始和結(jié)束。

軟件設(shè)置STA位為1后，I2C接口進(jìn)入到主機(jī)發(fā)送模式。當(dāng)總線一旦空閑就會(huì)發(fā)出START信號(hào)。在START信號(hào)發(fā)送后，SI位會(huì)被置1，并且狀態(tài)寄存器I2STAT的狀態(tài)代碼為0x08，這個(gè)狀態(tài)代碼用于引導(dǎo)狀態(tài)服務(wù)機(jī)，加載從機(jī)地址和寫(xiě)數(shù)據(jù)位到I2DAT寄存器，然后清除SI位。當(dāng)向I2CONCLR寄存器的SIC位寫(xiě)入1時(shí)SI位會(huì)被清0。

從機(jī)地址和R/W位發(fā)送完畢，并且收到一個(gè)確認(rèn)位后，SI位會(huì)被重新置位，其狀態(tài)代碼在主機(jī)模式情況下可能是0x18、0x20或0x38。主機(jī)模式狀態(tài)代碼對(duì)應(yīng)的操作可參考后面的表5.7與表5.8。

2．主機(jī)接收模式

在主機(jī)接收模式中，接收來(lái)自從機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，其總線通信格式如圖5.3所示。傳輸初始化方法與主發(fā)送模式相同。當(dāng)START信號(hào)發(fā)送后，用戶程序必須將從機(jī)地址和數(shù)據(jù)方向位加載到I2C的數(shù)據(jù)寄存器I2DAT中，然后清除SI位。在這種情況下，數(shù)據(jù)方向位(R/W)應(yīng)該設(shè)為1，表示讀操作。

圖5.3主機(jī)接收模式的總線通信格式當(dāng)從機(jī)地址和數(shù)據(jù)方向位發(fā)送，且主機(jī)收到一個(gè)確認(rèn)位后，SI位被置位。狀態(tài)寄存器I2STAT會(huì)顯示狀態(tài)代碼。對(duì)于主機(jī)模式，狀態(tài)代碼可能是0x40、0x48或0x38。主機(jī)模式狀態(tài)代碼對(duì)應(yīng)的操作可參考表5.7與表5.8。

當(dāng)主機(jī)發(fā)送重復(fù)START信號(hào)后，I2C接口重新轉(zhuǎn)換到主機(jī)發(fā)送模式，主機(jī)接收轉(zhuǎn)為主機(jī)發(fā)送模式的總線通信格式如圖5.4所示。

圖5.4主機(jī)接收轉(zhuǎn)為主機(jī)發(fā)送模式的總線通信格式5.1.5I2C接口寄存器描述

由于LPC1700處理器中的I2C接口支持從機(jī)模式下多地址與總線監(jiān)聽(tīng)模式，所以增加了I2ADDR1～3、I2MASK0～3、MMCTRL和DATA_BUFFER寄存器。I2C接口所有寄存器如表5.3所示。

表5.3I2C接口寄存器總表續(xù)表1．I2C控制置位寄存器

I2CONSET寄存器用于設(shè)置I2C控制寄存器I2CON中的位，而I2CON寄存器又控制著I2C接口的操作。將1寫(xiě)入該寄存器的某個(gè)位時(shí)，I2C控制寄存器I2CON的相應(yīng)位會(huì)被置位；寫(xiě)入0對(duì)I2C控制寄存器的相應(yīng)位沒(méi)有影響。

LPC1700系列處理器的三個(gè)I2C接口各自對(duì)應(yīng)的I2CONSET寄存器名為I2C0CONSET、I2C1CONSET和I2C2CONSET，對(duì)應(yīng)地址分別為0x4001C000、0x4005C000和0x400A0000。該寄存器包含8個(gè)位，每一位的含義如表5.4所示。

表5.4I2C控制置位寄存器I2CONSET的位描述(1)

AA。聲明確認(rèn)標(biāo)志。該位置1時(shí)，在SCL線的確認(rèn)時(shí)鐘脈沖內(nèi)，出現(xiàn)下面的任意條件之一將產(chǎn)生一個(gè)確認(rèn)信號(hào)ACK(SDA線為低電平)：

①接收到從機(jī)地址寄存器中的地址。

②當(dāng)I2ADR中的通用呼叫位(GC)置位時(shí)，接收到通用呼叫地址。

③當(dāng)I2C接口處于主機(jī)接收模式時(shí)，接收到一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)。

④當(dāng)I2C接口處于可尋址的從機(jī)接收模式時(shí)，接收到一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)。向I2CONCLR寄存器中的AAC位寫(xiě)入1，會(huì)使AA位清零。當(dāng)AA為0時(shí)，在SCL線的確認(rèn)時(shí)鐘脈沖內(nèi)，出現(xiàn)下列情況之一時(shí)將返回一個(gè)非確認(rèn)信號(hào)NACK(SDA線為高

電平)：

①當(dāng)I2C接口處于主機(jī)接收模式時(shí)，接收到最后一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)。

②當(dāng)I2C接口處于可尋址的從機(jī)接收模式時(shí)，接收到最后一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)。

(2)

SI。I2C中斷標(biāo)志。當(dāng)I2C狀態(tài)改變時(shí)該位置位。但進(jìn)入到狀態(tài)碼F8時(shí)不會(huì)置位SI，因?yàn)樵谶@種情況下沒(méi)有任何中斷服務(wù)程序可以執(zhí)行。當(dāng)SI置位，SCL線上串行時(shí)鐘的低周期會(huì)展寬，并且串行傳輸被掛起。當(dāng)SCL為高時(shí)則不受SI標(biāo)志狀態(tài)的影響。SI必須通過(guò)軟件向I2CONCLR寄存器的SIC位寫(xiě)入1來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)位。

(3)

STO。停止(STOP)標(biāo)志。設(shè)置該位，在主機(jī)模式下使I2C接口發(fā)送一個(gè)STOP信號(hào)，或是在從機(jī)模式下從一個(gè)錯(cuò)誤條件中恢復(fù)。當(dāng)STO=1時(shí)，主機(jī)模式下，一個(gè)STOP信號(hào)會(huì)被發(fā)送到I2C總線上，當(dāng)總線檢測(cè)到STOP信號(hào)時(shí)STO會(huì)自動(dòng)清零。

在從機(jī)模式下，置位STO位可以從錯(cuò)誤狀態(tài)中恢復(fù)。這種情況下不向總線發(fā)送STOP信號(hào)。硬件的表現(xiàn)就如同接收到一個(gè)STOP信號(hào)并切換到不可尋址的從機(jī)接收模式。STO標(biāo)志由硬件自動(dòng)清零。

當(dāng)STA和STO都被置位時(shí)，如果I2C接口處于主機(jī)模式，I2C接口會(huì)向總線發(fā)送一個(gè)STOP信號(hào)，然后再發(fā)送一個(gè)START信號(hào)；如果I2C接口處于從機(jī)模式，則產(chǎn)生一個(gè)內(nèi)部STOP信號(hào)，但不發(fā)送到總線上。

(4)

STA。開(kāi)始(START)標(biāo)志。設(shè)置該位使I2C接口進(jìn)入主機(jī)模式并發(fā)送一個(gè)START信號(hào)，或者如果已經(jīng)處于主機(jī)模式，則發(fā)送一個(gè)重復(fù)START信號(hào)。

當(dāng)STA為1，且I2C接口還沒(méi)有進(jìn)入主機(jī)模式時(shí)，I2C接口將進(jìn)入主機(jī)模式，檢測(cè)總線，并在總線空閑時(shí)產(chǎn)生一個(gè)START信號(hào)。如果總線忙，則等待下一個(gè)STOP信號(hào)(釋放總線)，并在延遲內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的半個(gè)時(shí)鐘周期后產(chǎn)生一個(gè)START信號(hào)。如果I2C接口已經(jīng)處于主機(jī)模式并已經(jīng)發(fā)送或接收了數(shù)據(jù)，I2C接口會(huì)發(fā)送一個(gè)重復(fù)START信號(hào)。STA可以在任何時(shí)候置位，包括I2C接口處于被尋址的從機(jī)模式時(shí)。向I2CONCLR寄存器中的STA位寫(xiě)入1可以使STA位清零。當(dāng)STA=0時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生START信號(hào)或復(fù)重復(fù)的START信號(hào)。

(5)

I2EN。I2C接口使能。當(dāng)該位是1時(shí)，使能I2C接口。通過(guò)向I2CONCLR寄存器中的I2ENC位寫(xiě)入1可以將I2EN位清零；當(dāng)I2EN為0時(shí)，I2C接口被禁止，SDA和SCL輸入信號(hào)被忽略，I2C接口處于“不可尋址”的從機(jī)狀態(tài)，且STO位被強(qiáng)行置“0”。

I2EN不能用于臨時(shí)釋放I2C總線，因?yàn)楫?dāng)I2EN復(fù)位時(shí)，I2C總線的狀態(tài)會(huì)丟失，可以利用AA標(biāo)志來(lái)代替。

2．I2C控制清零寄存器

I2CONCLR寄存器用于清零I2C控制寄存器I2CON中的位。將1寫(xiě)入該寄存器的某個(gè)位時(shí)，I2C控制寄存器的相應(yīng)位會(huì)被清零；寫(xiě)入0對(duì)I2C控制寄存器的相應(yīng)位沒(méi)有影響。

LPC1700系列處理器的三個(gè)I2C接口，各自對(duì)應(yīng)的I2CONCLR寄存器名分別為I2C0CONCLR、I2C1CONCLR和I2C2CONCLR，對(duì)應(yīng)地址分別為0x4001C018、0x4005C018和0x400A0018。該寄存器包含8個(gè)位，每一位的含義如表5.5所示。

表5.5I2C控制清零寄存器I2CONCLR的位描述3．I2C狀態(tài)寄存器

每個(gè)I2C狀態(tài)寄存器都反映了相應(yīng)I2C接口的狀況。該寄存器是一個(gè)只讀寄存器。

LPC1700系列處理器的三個(gè)I2C接口，各自對(duì)應(yīng)的I2STAT寄存器名分別為I2C0STAT、I2C1STAT和I2C2STAT，對(duì)應(yīng)地址分別為0x4001C004、0x4005C004和0x400A0004。該寄存器包含8個(gè)位，每一位的含義如表5.6所示。

表5.6I2C狀態(tài)寄存器I2STAT的位描述

最低3位總是0。作為一個(gè)字節(jié)，狀態(tài)寄存器的內(nèi)容代表一種狀態(tài)代碼，共有26種可能存在的狀態(tài)代碼。當(dāng)代碼為0xF8時(shí)，無(wú)可用的相關(guān)信息，SI位不會(huì)被置位。所有其它25種狀態(tài)代碼都對(duì)應(yīng)一個(gè)已定義的I2C總線狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)入其中一種狀態(tài)時(shí)，SI位會(huì)被置位。主機(jī)模式下的完整狀態(tài)代碼可參見(jiàn)表5.7～表5.9。

表5.7主機(jī)發(fā)送模式下的狀態(tài)代碼

表5.8主機(jī)接收模式下的狀態(tài)代碼表5.9不同性質(zhì)的狀態(tài)代碼4．I2C數(shù)據(jù)寄存器

該寄存器包含要發(fā)送的數(shù)據(jù)或者是剛接收到的數(shù)據(jù)。當(dāng)SI位被置位，且沒(méi)有進(jìn)行數(shù)據(jù)移位操作時(shí)，CPU可以對(duì)其進(jìn)行讀/寫(xiě)操作。在SI位被置位期間，I2DAT中的數(shù)據(jù)保持穩(wěn)定。I2DAT中的數(shù)據(jù)移位總是從右至左進(jìn)行的：第一個(gè)發(fā)送的是最高位(位7)，在接收字節(jié)時(shí)，第一個(gè)接收到的位存放在I2DAT的最高位。

LPC1700系列處理器的三個(gè)I2C接口各自對(duì)應(yīng)的I2DAT寄存器名分別為I2C0DAT、I2C1DAT和I2C2DAT，對(duì)應(yīng)地址分別為0x4001C008、0x4005C008和0x400A0008。該寄存器包含8個(gè)位，每一位的含義如表5.10所示。

表5.10I2C數(shù)據(jù)寄存器I2DAT的位描述5．I2C監(jiān)控模式寄存器

I2C監(jiān)控模式寄存器控制監(jiān)控模式的使能，它可以使I2C模塊監(jiān)控I2C總線的通信量，并且不需要實(shí)際參與通信或干擾I2C總線。

LPC1700系列處理器的三個(gè)I2C接口各自對(duì)應(yīng)的I2MMCTRL寄存器名分別為I2C0MMCTRL、I2C1MMCTRL和I2C2MMCTRL，對(duì)應(yīng)地址分別為0x4001C01C、0x4005C01C和0x400A001C。該寄存器各位功能描述如表5.11所示。

表5.11I2C監(jiān)控模式寄存器I2MMCTRL位描述當(dāng)MM_ENA位為0(即I2C接口不在監(jiān)控模式中)時(shí)，ENA_SCL和MATCH_ALL位無(wú)效。

1)監(jiān)控模式中的中斷

模塊處于監(jiān)控模式下時(shí)所有中斷正常出現(xiàn)。這意味著：首次中斷將出現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)有從機(jī)地址匹配時(shí)(如果MATCH_ALL置位，則接收到任意一個(gè)從機(jī)地址就會(huì)產(chǎn)生中斷，否則中斷只會(huì)在4個(gè)從機(jī)地址寄存器中的一個(gè)出現(xiàn)匹配時(shí)產(chǎn)生)。

發(fā)現(xiàn)地址匹配后，對(duì)于從機(jī)發(fā)送模式，接口每接收一個(gè)字節(jié)，中斷產(chǎn)生一次；對(duì)于從機(jī)接收模式，則接口認(rèn)為是某個(gè)從機(jī)接收字節(jié)以后，產(chǎn)生中斷。在第二種情況下，數(shù)據(jù)寄存器實(shí)際上保存了總線上其它從機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，該從機(jī)實(shí)際上是被主機(jī)尋址的。

當(dāng)產(chǎn)生從機(jī)地址接收或從機(jī)地址匹配中斷后，處理器就可以讀取數(shù)據(jù)寄存器得到實(shí)際總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)了。

2)監(jiān)控模式中的仲裁丟失

在監(jiān)控模式中，I2C模塊不能響應(yīng)總線主機(jī)的信息請(qǐng)求或發(fā)送應(yīng)答，而是由總線上的其它從機(jī)來(lái)響應(yīng)的。這很可能導(dǎo)致仲裁丟失。用戶軟件應(yīng)當(dāng)注意：監(jiān)控模式中的模塊不應(yīng)當(dāng)對(duì)任何檢測(cè)到的仲裁狀態(tài)丟失做出響應(yīng)。

6．I2C數(shù)據(jù)緩沖寄存器

在監(jiān)控模式中，如果ENA_SCL位未置位，I2C模塊就不能延長(zhǎng)時(shí)鐘(使總線遲延)。也就是說(shuō)，處理器讀取總線數(shù)據(jù)的時(shí)間有限。如果處理器以正常速度讀取I2DAT移位寄存器，那么在新數(shù)據(jù)更新接收數(shù)據(jù)之前，它可能只有1位時(shí)間來(lái)響應(yīng)中斷。

為了給予處理器更多的響應(yīng)時(shí)間，系統(tǒng)增加了一個(gè)新的8位只讀寄存器I2DATA_BUFFER?？偩€接口每接收到第9個(gè)位(8個(gè)數(shù)據(jù)位+應(yīng)答位或非應(yīng)答位)后，寄存器I2DAT的最高8位會(huì)自動(dòng)發(fā)送到I2DATA_BUFFER。這意味著處理器會(huì)有9個(gè)位的傳輸時(shí)間來(lái)響應(yīng)中斷，并且在更新接收數(shù)據(jù)之前讀取數(shù)據(jù)。

處理器仍可直接讀取I2DAT，I2DAT無(wú)論如何是不會(huì)改變的。

即便I2DATA_BUFFER主要用于監(jiān)控模式(ENA_SCL=0)，在任何一種操作模式下它都可以隨時(shí)讀取。

LPC1700系列處理器的三個(gè)I2C接口各自對(duì)應(yīng)的I2DATA_BUFFER寄存器名分別為I2C0DATA_BUFFER、I2C1DATA_BUFFER和I2C2DATA_BUFFER，對(duì)應(yīng)地址分別為0x4001C02C、0x4005C02C和0x400A002C。該寄存器各位功能描述如表5.12所示。

表5.12I2C數(shù)據(jù)緩沖寄存器I2DATA_BUFFER的位描述7．I2C從機(jī)地址寄存器

I2C從機(jī)地址寄存器可讀可寫(xiě)，但只有在I2C接口被設(shè)置成從機(jī)模式時(shí)有用。在主機(jī)模式下，這類(lèi)寄存器無(wú)效。I2ADR的最低位是通用呼叫位(GC)，當(dāng)該位被置位時(shí)，通用呼叫地址(0x00)被識(shí)別。

LPC1700系列處理器的三個(gè)I2C接口各自擁有四個(gè)從機(jī)地址寄存器。I2C0的I2ADR

寄存器對(duì)應(yīng)地址為I2C0ADR[0,1,2,3]-0x4001C0[0C,20,24,28]；I2C1的I2ADR寄存器對(duì)應(yīng)地址為：I2C1ADR[0,1,2,3]-0x4005C0[0C,20,24,28]；I2C2的I2ADR寄存器對(duì)應(yīng)地址為I2C2ADR[0,1,2,3]-0x400A00[0C,20,24,28]。每個(gè)寄存器包含8個(gè)位，每一位的含義如表5.13所示。

表5.13I2C從機(jī)地址寄存器I2ADR的位描述8．I2C從機(jī)地址屏蔽寄存器

從機(jī)地址屏蔽寄存器都含有7個(gè)有效位(7:1)。這些寄存器中的任意位置位都會(huì)引起接收地址相應(yīng)位的自動(dòng)比較(當(dāng)它與屏蔽寄存器關(guān)聯(lián)的I2ADDRn寄存器比較時(shí))。換句話說(shuō)，就是在確定地址匹配時(shí)不會(huì)考慮寄存器I2ADDRn中被屏蔽的位。

復(fù)位時(shí)所有屏蔽寄存器中的位被清零，處理器不響應(yīng)任何從機(jī)地址。

當(dāng)與通用呼叫地址(0000000)比較時(shí)，屏蔽寄存器失效。

屏蔽寄存器中的位(31:8)和(0)不使用也不能寫(xiě)入值，這些位總是0。當(dāng)出現(xiàn)地址匹配中斷時(shí)，處理器必須讀取數(shù)據(jù)寄存器(I2DAT)來(lái)確定實(shí)際引起匹配的接收地址。

LPC1700系列處理器的三個(gè)I2C接口各自擁有四個(gè)從機(jī)地址屏蔽寄存器。I2C0的I2MASK寄存器對(duì)應(yīng)地址為I2C0MASK[0,1,2,3]-0x4001C0[30,34,38,3C]；I2C1的I2MASK寄存器對(duì)應(yīng)地址為I2C1MASK[0,1,2,3]-0x4005C0[30,34,38,3C]；I2C2的I2MASK寄存器對(duì)應(yīng)地址為I2C2MASK[0,1,2,3]-0x400A00[30,34,38,3C]。該寄存器各位功能描述如表5.14所示。

表5.14I2C從機(jī)地址屏蔽寄存器I2MASK的位描述9．I2CSCL占空比高半字寄存器

LPC1700系列處理器的三個(gè)I2C接口各自對(duì)應(yīng)的I2SCLH寄存器名分別為I2C0SCLH、I2C1SCLH和I2C2SCLH，對(duì)應(yīng)地址分別為0x4001C010、0x4005C010和0x400A0010。該寄存器包含16個(gè)位，每一位的含義如表5.15所示。

表5.15I2C數(shù)據(jù)寄存器I2SCLH的位描述10．I2CSCL占空比低半字寄存器

LPC1700系列處理器的三個(gè)I2C接口各自對(duì)應(yīng)的I2SCLL寄存器名分別為I2C0SCLL、I2C1SCLL和I2C2SCLL，對(duì)應(yīng)地址分別為0x4001C014、0x4005C014和0x400A0014。該寄存器包含16個(gè)位，每一位的含義如表5.16所示。

表5.16I2C數(shù)據(jù)寄存器I2SCLL的位描述11．選擇適當(dāng)?shù)腎2C數(shù)據(jù)率和占空比

軟件必須通過(guò)對(duì)I2SCLH和I2SCLL寄存器進(jìn)行設(shè)置來(lái)選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)率和占空比。I2SCLH定義SCL高電平所保持的PCLK周期數(shù)；I2SCLL定義SCL低電平的PCLK周期數(shù)。頻率由下面的公式?jīng)Q定(fPCLK是PCLK的頻率)：

I2SCLL和I2SCLH的值不一定要相同。軟件通過(guò)設(shè)置這兩個(gè)寄存器來(lái)得到SCL不同的占空對(duì)。例如，I2C總線規(guī)范定義了400kHzI2C速率的SCL低電平和高電平的不同的值。寄存器的值必須確保I2C數(shù)據(jù)率在0～400kHz之間。每個(gè)寄存器的值都必須大于或等于4。表5.17給出了基于PCLK頻率和I2SCLL和I2SCLH的I2C總線速率的例子。

表5.17I2C時(shí)鐘頻率設(shè)置對(duì)照表I2SCLL和I2SCLH的值不一定要相同。通過(guò)設(shè)定這兩個(gè)寄存器可以得到SCL的不同占空比。例如，I2C總線規(guī)范定義在快速模式下和在快速模式Plus下的SCL低電平時(shí)間和高電平時(shí)間是不同的。5.1.6應(yīng)用舉例

本應(yīng)用使用LPC1700處理器的I2C0接口對(duì)E2PROM器件AT24C02進(jìn)行查詢方式讀寫(xiě)，介紹LPC1700處理器I2C接口的編程方法。程序?qū)2C接口設(shè)置為主機(jī)模式，分別執(zhí)行主機(jī)發(fā)送模式(向E2PROM中寫(xiě)數(shù)據(jù))和主機(jī)接收模式(從E2PROM中讀數(shù)據(jù))完成對(duì)AT24C02的讀寫(xiě)操作。有關(guān)AT24C02的具體細(xì)節(jié)請(qǐng)參考相關(guān)芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)。

1．頭文件中相關(guān)宏定義

在頭文件中定義了AT24C02器件的I2C總線地址，I2C接口控制寄存器中AA、SI、STO、STA、I2EN等位的掩碼，便于程序的使用與理解。具體定義如程序清單5.1所示。

【程序5.1】頭文件宏定義。

/*定義EEPROMAT24C02的從機(jī)地址*/

#defineAT24C02_SLA 0xA0

/*I2C接口的控制設(shè)置寄存器I2CONSET各位定義*/

#defineI2CONSET_AA 0x00000004

#defineI2CONSET_SI 0x00000008

#defineI2CONSET_STO 0x00000010

#defineI2CONSET_STA 0x00000020

#defineI2CONSET_I2EN 0x00000040

/*I2C接口的控制清除寄存器I2CONCLR各位定義*/

#defineI2CONCLR_AAC 0x00000004

#defineI2CONCLR_SIC 0x00000008

#defineI2CONCLR_STAC 0x00000020

#defineI2CONCLR_I2ENC 0x00000040

2．I2C接口初始化函數(shù)

I2CInit函數(shù)初始化處理器I2C模塊，包括選擇I2C總線引腳功能，設(shè)置I2C接口為主設(shè)備角色并使能I2C總線模塊。具體代碼如程序清單5.2所示。

【程序5.2】I2C接口初始化函數(shù)。

voidI2CInit(void)

{

LPC_SC->PCONP|=(1<<19); //打開(kāi)I2C接口電源

LPC_PINCON->PINSEL1&=～0x03C00000;

LPC_PINCON->PINSEL1|=0x01400000; //將P0.27與P0.28設(shè)置為I2C總線SDA

//與SCL引腳

LPC_I2C0->I2CONCLR=I2CONCLR_AAC|\ //清除控制寄存器中各個(gè)位

I2CONCLR_SIC|I2CONCLR_STAC|I2CONCLR_I2ENC;

LPC_I2C0->I2SCLL=40; //設(shè)置I2C總線工作時(shí)鐘

LPC_I2C0->I2SCLH=40;

LPC_I2C0->I2CONSET=I2CONSET_I2EN; //使能I2C接口為主機(jī)模式

}

3．I2C接口寫(xiě)字節(jié)函數(shù)

I2CWriteByte函數(shù)實(shí)現(xiàn)向從器件AT24C02的特定地址寫(xiě)入1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。函數(shù)的兩個(gè)參數(shù)為要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)和AT24C02的存儲(chǔ)器地址。具體代碼如程序清單5.3所示。

【程序5.3】I2C接口寫(xiě)字節(jié)函數(shù)。

uint8_tI2CWriteByte(uint8_tdata,uint8_taddress)

{

LPC_I2C0->I2CONCLR=(I2CONCLR_STAC|I2CONCLR_SIC|I2CONCLR_AAC);

LPC_I2C0->I2CONSET=I2CONSET_I2EN; //使能I2C接口為主機(jī)模式

LPC_I2C0->I2CONSET=I2CONSET_STA; //發(fā)送START信號(hào)

while(LPC_I2C0->I2STAT!=0x8); //通過(guò)狀態(tài)寄存器判斷操作是否成功

LPC_I2C0->I2DAT=AT24C02_SLA+0; //設(shè)置AT24C02地址與寫(xiě)操作位

LPC_I2C0->I2CONCLR=(I2CONCLR_SIC|I2CONCLR_STAC); //清零SI位以發(fā)送SLA+W

while(LPC_I2C0->I2STAT!=0x18); //通過(guò)狀態(tài)寄存器判斷操作是否成功

LPC_I2C0->I2DAT=address; //寫(xiě)入字節(jié)地址到AT24C02

LPC_I2C0->I2CONCLR=I2CONCLR_SIC; //清零SI位以發(fā)送字節(jié)地址

while(LPC_I2C0->I2STAT!=0x28); //通過(guò)狀態(tài)寄存器判斷操作是否成功

LPC_I2C0->I2DAT=data; //寫(xiě)入字節(jié)數(shù)據(jù)到AT24C02

LPC_I2C0->I2CONCLR=I2CONCLR_SIC; //清零SI位以發(fā)送字節(jié)數(shù)據(jù)

delayMs(0,1);

LPC_I2C0->I2CONCLR=I2CONCLR_SIC;

LPC_I2C0->I2CONSET=I2CONSET_STO; //設(shè)置STO位以停止發(fā)送

delayMs(0,80); //函數(shù)返回前延時(shí)等待AT24C02寫(xiě)入數(shù)據(jù)

return1;

}

4．I2C接口讀字節(jié)函數(shù)

I2CReadByte函數(shù)實(shí)現(xiàn)從AT24C02的特定地址處讀取一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。函數(shù)參數(shù)為讀取的字節(jié)地址，返回值為讀出的字節(jié)數(shù)據(jù)。具體代碼如程序清單5.4所示。

【程序5.4】I2C接口讀字節(jié)函數(shù)。

uint8_tI2CReadByte(uint8_taddress)

{

uint8_tdata;

LPC_I2C0->I2CONCLR=(I2CONCLR_STAC|I2CONCLR_SIC|I2CONCLR_AAC);

LPC_I2C0->I2CONSET=I2CONSET_I2EN; //使能I2C接口為主機(jī)模式

LPC_I2C0->I2CONSET=I2CONSET_STA; //發(fā)送START信號(hào)

while(LPC_I2C0->I2STAT!=0x08); //狀態(tài)代碼必須是0x08

LPC_I2C0->I2DAT=AT24C02_SLA; //寫(xiě)入設(shè)備地址與寫(xiě)操作位

LPC_I2C0->I2CONCLR=(I2CONCLR_SIC|I2CONCLR_STAC);

//清零SI位以發(fā)送SLA+W

while(LPC_I2C0->I2STAT!=0x18); //狀態(tài)代碼必須是0x18

LPC_I2C0->I2DAT=address; //寫(xiě)入要讀出的AT24C02字節(jié)地址

LPC_I2C0->I2CONCLR=I2CONCLR_SIC; //清零SI位以發(fā)送字節(jié)地址

while(LPC_I2C0->I2STAT!=0x28); //狀態(tài)代碼必須是0x28

LPC_I2C0->I2CONSET=I2CONSET_STO; //停止寫(xiě)AT24C02操作

LPC_I2C0->I2CONCLR=I2CONCLR_SIC;

LPC_I2C0->I2CONSET=I2CONSET_STA; //重發(fā)送START信號(hào)，開(kāi)始真正讀取操作

while(LPC_I2C0->I2STAT!=0x8);

LPC_I2C0->I2DAT=AT24C02_SLA+1; //發(fā)送設(shè)備地址與讀操作位

LPC_I2C0->I2CONCLR=(I2CONCLR_SIC|I2CONCLR_STAC);

//清零SI位以執(zhí)行讀操作

while(LPC_I2C0->I2STAT!=0x40);

LPC_I2C0->I2CONCLR=I2CONCLR_SIC;

while(LPC_I2C0->I2STAT!=0x58); //等待接收數(shù)據(jù)字節(jié)，回送非ACK

data=LPC_I2C0->I2DAT; //讀出字節(jié)數(shù)據(jù)

LPC_I2C0->I2CONCLR=(I2CONCLR_SIC|I2CONCLR_AAC);

LPC_I2C0->I2CONSET=I2CONSET_STO; //設(shè)置STO位以發(fā)送STOP信號(hào)

returndata;

}

5．測(cè)試主函數(shù)

測(cè)試主函數(shù)連續(xù)調(diào)用I2C寫(xiě)函數(shù)，并調(diào)用I2C讀函數(shù)驗(yàn)證數(shù)據(jù)，最終在串口輸出結(jié)果。具體代碼如程序5.5所示。

【程序5.5】測(cè)試主函數(shù)。

intmain(void)

{

uint8_ti,chr_i2c;

……

I2CInit();

for(i=0;i<255;i++)I2CWriteByte(i,i); //連續(xù)調(diào)用寫(xiě)函數(shù)寫(xiě)入AT24C02

UART0_SendString("ReadingAT24C02:\r\n");

for(i=0;i<255;i++)

{

chr_i2c=I2CReadByte(i); //調(diào)用讀函數(shù)驗(yàn)證數(shù)據(jù)

if(chr_i2c!=i)

{

UART0_SendString("Foundaerror!\r\n");

return-1;

}

UART0_SendByte(chr_i2c);

delayMs(0,100);

}

UART0_SendString("\r\nI2Ctestsuccessed!\r\n");

}

5.2.1以太網(wǎng)接口概述

LPC1700系列處理器的以太網(wǎng)模塊包含一個(gè)功能齊全的10Mb/s或100Mb/s以太網(wǎng)MAC(媒體訪問(wèn)控制器)，以太網(wǎng)MAC通過(guò)使用DMA硬件加速功能來(lái)優(yōu)化其性能。以太網(wǎng)模塊具有大量的控制寄存器組，5.2以?太?網(wǎng)?接?口可以提供半雙工/全雙工操作、流控制、控制幀、重發(fā)硬件加速、接收包過(guò)濾以及LAN上的系統(tǒng)喚醒等功能。利用分散-集中式(Scatter-Gather)DMA進(jìn)行自動(dòng)的幀發(fā)送和接收操作，減輕了CPU的負(fù)荷。

以太網(wǎng)模塊是一個(gè)驅(qū)動(dòng)AHB總線矩陣的AHB主設(shè)備。通過(guò)總線矩陣，它可以訪問(wèn)片上所有的RAM存儲(chǔ)器。建議以太網(wǎng)使用RAM的方法是專門(mén)使用其中一個(gè)RAM模塊來(lái)處理以太網(wǎng)幀通信。那么該模塊只能由以太網(wǎng)和CPU，或者是GPDMA進(jìn)行訪問(wèn)，從而獲取以太網(wǎng)功能的最大帶寬。以太網(wǎng)模塊使用RMII(簡(jiǎn)化的媒體獨(dú)立接口)和片上MIIM(媒體獨(dú)立接口管理)串行總線，也被稱為MDIO(管理數(shù)據(jù)輸入/輸出)，以實(shí)現(xiàn)與片外以太網(wǎng)物理層(PHY)芯片之間的連接。5.2.2以太網(wǎng)接口特性

(1)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)支持特性：

●支持10M或100Mb/s物理層(PHY)器件，包括10Base-T、100Base-TX、100Base-FX和100Base-T4規(guī)范；

●與IEEE標(biāo)準(zhǔn)802.3完全兼容；

●與802.3x全雙工流控和半雙工背壓流控完全兼容；

●靈活的發(fā)送幀和接收幀選項(xiàng)；

●支持VLAN幀。

(2)存儲(chǔ)器管理特性：

●獨(dú)立的發(fā)送和接收緩沖區(qū)存儲(chǔ)器，映射為共享的SRAM；

●帶有分散/集中式DMA的DMA管理器以及幀描述符隊(duì)列；

●通過(guò)緩沖和預(yù)取來(lái)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器通信的優(yōu)化。

(3)以太網(wǎng)增強(qiáng)的功能：

●接收進(jìn)行過(guò)濾；

●發(fā)送和接收均支持多播幀和廣播幀；●發(fā)送操作可選擇自動(dòng)插入FCS(CRC)；

●可選擇在發(fā)送操作時(shí)自動(dòng)進(jìn)行幀填充；

●發(fā)送和接收均支持超長(zhǎng)幀傳輸，允許幀長(zhǎng)度為任意值；

●多種接收模式；

●出現(xiàn)沖突時(shí)自動(dòng)后退并重傳幀信息；

●通過(guò)時(shí)鐘切換實(shí)現(xiàn)功率管理；

●支持“由LAN喚醒”的功率管理功能，以便將系統(tǒng)喚醒，該功能可使用接收過(guò)濾器或魔法幀檢測(cè)過(guò)濾器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

(4)物理接口特性：

●通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的簡(jiǎn)化MII(RMII)接口來(lái)連接外部物理層(PHY)芯片；

●通過(guò)媒體獨(dú)立接口管理(MIIM)接口可對(duì)物理層(PHY)芯片內(nèi)寄存器進(jìn)行訪問(wèn)。5.2.3以太網(wǎng)接口結(jié)構(gòu)及引腳描述

LPC1700系列處理器的以太網(wǎng)模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖5.5所示。

圖5.5

以太網(wǎng)模塊結(jié)構(gòu)框圖以太網(wǎng)模塊結(jié)構(gòu)框圖由以下部分構(gòu)成：

(1)主機(jī)寄存器模塊：包含軟件使用的寄存器組，并處理AHB對(duì)以太網(wǎng)模塊的訪問(wèn)。主機(jī)寄存器連接發(fā)送和接收數(shù)據(jù)通路，以及MAC連接。

(2)

DMA到AHB接口：提供AHB主設(shè)備的連接，允許以太網(wǎng)模塊訪問(wèn)以太網(wǎng)SRAM讀描述字、寫(xiě)狀態(tài)和讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)緩沖器。

(3)以太網(wǎng)MAC和相連的RMII適配器：MAC到片外物理層的接口。

(4)發(fā)送數(shù)據(jù)通路，包括：

①發(fā)送DMA管理器，負(fù)責(zé)從存儲(chǔ)器中讀描述字和數(shù)據(jù)，并將狀態(tài)寫(xiě)入存儲(chǔ)器。

②發(fā)送重試模塊處理以太網(wǎng)重發(fā)和放棄的情況。

③發(fā)送流量控制模塊能插入以太網(wǎng)暫停幀。

(5)接收數(shù)據(jù)通道，包括：

①接收DMA管理器，負(fù)責(zé)從存儲(chǔ)器中讀描述字和數(shù)據(jù)，并將狀態(tài)寫(xiě)入存儲(chǔ)器。

②以太網(wǎng)MAC通過(guò)分析幀頭來(lái)檢測(cè)幀的類(lèi)型。③接收濾波器可以設(shè)置不同的過(guò)濾方案來(lái)濾除一些特定的以太幀。

④接收緩沖區(qū)實(shí)現(xiàn)對(duì)接收幀的延遲，允許在存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器之前過(guò)濾掉一些特定的以太幀。

LPC1700系列處理器的以太網(wǎng)模塊使用簡(jiǎn)化媒體獨(dú)立接口(RMII)及媒體獨(dú)立接口管理引腳(MIIM)與外部的物理層(PHY)芯片連接。其中RMII用于傳輸以太網(wǎng)幀數(shù)據(jù)；MIIM用于CPU對(duì)PHY芯片的配置及管理。

RMII接口引腳如表5.18所示，MIIM接口引腳如表5.19所示。

表5.18RMII引腳描述表5.19MIIM引腳描述5.2.4以太網(wǎng)接口操作概述

1．以太網(wǎng)DMA引擎

以太網(wǎng)模塊通過(guò)加速的DMA硬件來(lái)優(yōu)化性能。位于AHB總線上的獨(dú)立的分散/集中式DMA引擎可大大減輕CPU的數(shù)據(jù)傳輸負(fù)擔(dān)。

以太網(wǎng)DMA引擎將每個(gè)以太網(wǎng)幀(或片段)用一個(gè)描述符(Descriptor)和一個(gè)狀態(tài)字來(lái)表示。存放在存儲(chǔ)器中的描述符包括以太網(wǎng)幀片段的相關(guān)信息，一個(gè)片段可以是一個(gè)完整的幀或一個(gè)極小的數(shù)據(jù)量。每個(gè)描述符都含有一個(gè)指針，指向相關(guān)的以太網(wǎng)幀數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址，描述符還含有緩沖區(qū)的大小以及如何發(fā)送或接收片段的詳細(xì)設(shè)置。狀態(tài)字則保存了DMA引擎處理該幀后(發(fā)送或接收)的結(jié)果。有關(guān)描述及狀態(tài)字的定義參見(jiàn)5.2.7小節(jié)。

在進(jìn)行以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信前，驅(qū)動(dòng)程序必須先初始化好描述符與狀態(tài)字，然后由DMA引擎根據(jù)各個(gè)描述的要求處理對(duì)應(yīng)的以太網(wǎng)幀，最后將結(jié)果保存在對(duì)應(yīng)的狀態(tài)字中。用戶程序根據(jù)描述符與狀態(tài)字對(duì)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理。

2．描述符隊(duì)列與狀態(tài)字隊(duì)列概述

由于每個(gè)以太網(wǎng)幀需要一個(gè)描述符與一個(gè)狀態(tài)字匹配，因此將描述符和狀態(tài)字都各自維護(hù)為循環(huán)隊(duì)列。根據(jù)發(fā)送和接收方向的不同，在MAC模塊中共有4個(gè)循環(huán)隊(duì)列：發(fā)送描述符隊(duì)列、發(fā)送狀態(tài)字隊(duì)列、接收描述符隊(duì)列和接收狀態(tài)字隊(duì)列。其中發(fā)送方向的兩個(gè)隊(duì)列與接收方向的兩個(gè)隊(duì)列的長(zhǎng)度必須相同。另外，由于描述符隊(duì)列與狀態(tài)字隊(duì)列都保存在RAM中，為了提高以太網(wǎng)操作性能，建議存放描述與狀態(tài)的RAM不要與其它模塊公用。根據(jù)循環(huán)隊(duì)列的工作特性，隊(duì)列的隊(duì)尾(數(shù)據(jù)入隊(duì)列端)稱為生產(chǎn)者(producer)，隊(duì)列的隊(duì)頭(數(shù)據(jù)出隊(duì)列端)稱為消費(fèi)者(consumer)。針對(duì)MAC模塊發(fā)送方向的兩個(gè)隊(duì)列，DMA引擎為消費(fèi)者，即從隊(duì)列取出描述符進(jìn)行以太幀發(fā)送；驅(qū)動(dòng)程序?yàn)樯a(chǎn)者，即把以太幀復(fù)制到緩沖區(qū)，并將描述符入隊(duì)列。而針對(duì)MAC模塊接收方向的兩個(gè)隊(duì)列，DMA引擎為生產(chǎn)者，即把MAC接收到的以太幀復(fù)制到緩沖區(qū)，并將描述符入隊(duì)列；驅(qū)動(dòng)程序?yàn)橄M(fèi)者，即從隊(duì)列取出描述符，根據(jù)描述符將以太幀復(fù)制到用戶空間。為了方便程序操作循環(huán)隊(duì)列，MAC模塊將隊(duì)頭和隊(duì)尾索引保存在寄存器中。其中DMA引擎硬件維護(hù)TxConsumeIndex和RxProduceIndex隊(duì)列索引；驅(qū)動(dòng)程序軟件維護(hù)TxProduceIndex和RxConsumeIndex隊(duì)列索引。程序通過(guò)讀取這些索引就可對(duì)循環(huán)隊(duì)列進(jìn)行操作，找到對(duì)應(yīng)的以太幀數(shù)據(jù)。DMA引擎處理完以太幀后會(huì)自動(dòng)更新索引(包括索引越界檢查)，以供驅(qū)動(dòng)程序使用；驅(qū)動(dòng)程序處理完以太幀后則需要程序?qū)λ饕M(jìn)行更新(包括越界檢查)，以供DMA引擎使用。

圖5.6

MAC模塊的循環(huán)隊(duì)列與隊(duì)列索引的關(guān)系5.2.5幀描述符與狀態(tài)字

本節(jié)給出了DMA引擎使用的接收/發(fā)送描述符和狀態(tài)字的格式定義。每個(gè)以太幀可由一個(gè)或多個(gè)片段組成，每個(gè)片段對(duì)應(yīng)一個(gè)描述符和一個(gè)狀態(tài)字。以太網(wǎng)模塊中的DMA管理器能夠?qū)⒁粋€(gè)以太幀中的多個(gè)片段進(jìn)行分散(用于接收)或集中(用于發(fā)送)。為了方便操作，MAC硬件將所有幀描述符和狀態(tài)字組織成循環(huán)隊(duì)列，由DMA引擎和驅(qū)動(dòng)程序共同操作，從而完成以太網(wǎng)幀的發(fā)送與接收。

1．接收描述符和狀態(tài)字

圖5.7描述了接收描述符和狀態(tài)字在內(nèi)存中的構(gòu)成情況。

圖5.7接收描述符和狀態(tài)字的分布接收描述符存放在存儲(chǔ)器的一個(gè)數(shù)組中。數(shù)組的基址存放在RxDescriptor寄存器中，并且與4字節(jié)地址邊界對(duì)齊(最低2位為0)。數(shù)組中描述符的個(gè)數(shù)存放在RxDescriptorNumber寄存器中，該寄存器使用減1編碼。例如，如果數(shù)組有8個(gè)元素，則該寄存器的值應(yīng)該是7。還有一個(gè)與描述符平行的狀態(tài)字?jǐn)?shù)組。對(duì)于描述符數(shù)組中的每個(gè)描述符，狀態(tài)字?jǐn)?shù)組中均有一個(gè)相關(guān)的狀態(tài)區(qū)域?qū)?yīng)。接收狀態(tài)字?jǐn)?shù)組的基址存放在RxStatus寄存器中，并且該基址必須與8字節(jié)地址邊界對(duì)齊(最低3位為0)。在操作過(guò)程中(當(dāng)接收通道使能時(shí))，不可再對(duì)RxDescriptor、RxStatus和RxDescriptorNumber寄存器進(jìn)行修改。

隊(duì)列索引寄存器RxConsumeIndex和RxProduceIndex用于定義下一個(gè)將被DMA硬件和驅(qū)動(dòng)程序軟件使用的描述符單元。這兩個(gè)寄存器從0開(kāi)始計(jì)數(shù)，在計(jì)數(shù)值到達(dá)RxDescriptorNumber寄存器中的值時(shí)應(yīng)該重置為0。接收描述符隊(duì)列隊(duì)頭索引(RxProduceIndex)包含了將要被DMA引擎接收的幀所對(duì)應(yīng)的描述符索引，該索引由DMA引擎維護(hù)。接收描述符隊(duì)列隊(duì)尾索引(RxConsumeIndex)包含了驅(qū)動(dòng)程序下一個(gè)將要讀取的幀所對(duì)應(yīng)的描述符索引，該索引由驅(qū)動(dòng)程序維護(hù)。當(dāng)RxProduceIndex與RxConsumeIndex相等時(shí)，接收緩沖區(qū)為空；當(dāng)RxProduceIndex+1等于RxConsumeIndex時(shí)(需要考慮循環(huán)隊(duì)列索引的翻轉(zhuǎn))，接收緩沖區(qū)滿。新接收的以太幀將產(chǎn)生緩沖區(qū)溢出錯(cuò)誤，除非軟件驅(qū)動(dòng)程序處理一個(gè)或多個(gè)描述符，釋放接收描述符隊(duì)列空間。每個(gè)接收描述符占兩個(gè)字(8個(gè)字節(jié))存儲(chǔ)空間。同樣，每個(gè)狀態(tài)字也占兩個(gè)字(8個(gè)字節(jié))存儲(chǔ)空間。每個(gè)接收描述符均由一個(gè)“數(shù)據(jù)包指針域(PACKET)”和一個(gè)“控制字(CONTROL)”組成。指針域指向用來(lái)存放接收以太幀或幀片段的緩沖區(qū)基地址；控制字包含硬件接收幀的控制信息。接收描述符的構(gòu)成如表5.20所示。

表5.20接收描述符的構(gòu)成

表5.21接收描述符控制字的位描述

表5.22接收狀態(tài)字的構(gòu)成StatusInfo字包含的是由MAC返回的標(biāo)志和由接收通道產(chǎn)生的反映接收狀態(tài)的標(biāo)志。StatusInfo字的位描述如表5.23所示。

StatusHashCRC包含的是兩個(gè)串聯(lián)的9位HashCRC，這兩個(gè)CRC是通過(guò)計(jì)算接收幀中的目標(biāo)地址和源地址得來(lái)的。在檢測(cè)到目標(biāo)地址和源地址之后，只對(duì)StatusHashCRC進(jìn)行一次計(jì)算，然后保存該值，供同一幀中的所有片段使用。StatusHashCRC字的位描述如表5.24所示。

表5.23StatusInfo字的位描述

表5.24StatusHashCRC字的位描述

對(duì)于具有多個(gè)片段的幀，該幀中除了最后一個(gè)片段之外的所有片段中的AlignmentError、RangeError、LengthError、SymbolError、CRCError位的值都是0。同樣，F(xiàn)ailFilter、Multicast、Broadcast、VLAN、ControlFrame位的值是未定義的。而該幀中最后一個(gè)片段的狀態(tài)是從MAC中將上述位的值復(fù)制過(guò)來(lái)而得的。所有片段都將具有有效的LastFrag、RxSize、Error、Overrun和NoDescriptor位。

2．發(fā)送描述符和狀態(tài)字

圖5.8描述了發(fā)送描述符和狀態(tài)字在內(nèi)存中的構(gòu)成情況。

圖5.8發(fā)送描述符和狀態(tài)字的分布發(fā)送描述符存放在存儲(chǔ)器的一個(gè)數(shù)組中。數(shù)組的基地址存放在TxDescriptor寄存器中，并且與4字節(jié)地址邊界對(duì)齊(最低2位為0)。數(shù)組中描述符的個(gè)數(shù)存放在TxDescriptorNumber寄存器中，該寄存器使用減1編碼。對(duì)于描述符數(shù)組中的每個(gè)元素，狀態(tài)字?jǐn)?shù)組中均有一個(gè)相關(guān)的狀態(tài)區(qū)域與之對(duì)應(yīng)。發(fā)送狀態(tài)字?jǐn)?shù)組的基址存放在TxStatus寄存器中，并且該地址也必須是4字節(jié)地址邊界對(duì)齊(最低2位為0)。在操作過(guò)程中(當(dāng)發(fā)送通道使能時(shí))，不可再對(duì)TxDescriptor、TxStatus和TxDescriptorNumber寄存器進(jìn)行修改。隊(duì)列索引寄存器TxConsumeIndex和TxProduceIndex，用于定義下一個(gè)將被DMA硬件和驅(qū)動(dòng)程序軟件使用的描述符單元。這兩個(gè)寄存器從0開(kāi)始計(jì)數(shù)，在計(jì)數(shù)值到達(dá)TxDescriptorNumber寄存器中的值時(shí)應(yīng)重置為0。發(fā)送描述符隊(duì)列隊(duì)頭索引(TxProduceIndex)包含了驅(qū)動(dòng)程序下一個(gè)將要填充的幀所對(duì)應(yīng)的描述符的索引，該索引由驅(qū)動(dòng)程序維護(hù)。發(fā)送描述符隊(duì)列隊(duì)尾索引(TxConsumeIndex)包含了將要被DMA引擎發(fā)送的幀所對(duì)應(yīng)的描述符索引，該索引由DMA引擎維護(hù)。當(dāng)TxProduceIndex等于TxConsumeIndex時(shí)，發(fā)送緩沖區(qū)為空；當(dāng)TxProduceIndex+1等于TxConsumeIndex時(shí)(需要考慮循環(huán)隊(duì)列索引的翻轉(zhuǎn))，發(fā)送緩沖區(qū)滿，軟件驅(qū)動(dòng)程序不能再添加新的描述符，直到DMA引擎發(fā)送了一個(gè)或多個(gè)幀，釋放發(fā)送描述符隊(duì)列空間為止。

每個(gè)發(fā)送描述符在存儲(chǔ)器中占兩個(gè)字(8個(gè)字節(jié))，每個(gè)狀態(tài)字在存儲(chǔ)器中占1個(gè)字(4個(gè)字節(jié))。每個(gè)發(fā)送描述符均由一個(gè)“數(shù)據(jù)包指針域”和一個(gè)“控制字”組成。指針域指向保存了要發(fā)送的以太幀的緩沖區(qū)基地址；控制字包含硬件發(fā)送幀的控制信息。發(fā)送描述符的構(gòu)成如表5.25所示。

表5.25發(fā)送描述符的構(gòu)成

表5.26發(fā)送描述符控制字的位描述

每個(gè)發(fā)送狀態(tài)字由1個(gè)StatusInfo字組成，它包含的是由MAC返回的標(biāo)志和由發(fā)送通道產(chǎn)生的反映發(fā)送狀態(tài)的標(biāo)志。StatusInfo字的位描述如表5.27所示。

表5.27StatusInfo字的位描述

對(duì)于具有多個(gè)片段的幀，該幀中除了最后一個(gè)片段之外的所有片段中的LateCollision、ExcessiveCollision、ExcessiveDefer、Defer和CollisionCount位的值都為0。該幀中最后一個(gè)片段的狀態(tài)是從MAC中將上述位的值復(fù)制過(guò)來(lái)而得的。所有片段都將具有有效的Error、NoDescriptor和Underrun位。

3．使用注意事項(xiàng)

1)所有權(quán)

設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件和以太網(wǎng)硬件都能同時(shí)對(duì)描述符隊(duì)列執(zhí)行讀/寫(xiě)操作，以“產(chǎn)生”和“消費(fèi)”描述符。在兩者同時(shí)請(qǐng)求使用描述符隊(duì)列時(shí)，AHB總線仲裁將使硬件具有更高的優(yōu)先級(jí)。一個(gè)描述符的“擁有者”可以是設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件也可以是以太網(wǎng)硬件。只有描述符的“擁有者”才能對(duì)描述符進(jìn)行讀/寫(xiě)操作。通常，描述符和狀態(tài)字的“使用”和“擁有”順序是：首先，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序“擁有”并建立描述符隊(duì)列；其次，設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件將描述符/狀態(tài)字的“擁有權(quán)”傳遞給以太網(wǎng)模塊，這時(shí)以太網(wǎng)模塊會(huì)讀取描述符并將操作結(jié)果(發(fā)送或接收)寫(xiě)入狀態(tài)字；然后，以太網(wǎng)模塊將描述符的“擁有權(quán)”傳遞回設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，驅(qū)動(dòng)程序“消費(fèi)”描述符與狀態(tài)字信息，并重復(fù)利用描述符以供其它幀使用。軟件必須預(yù)先分配好用來(lái)存放描述符隊(duì)列的存儲(chǔ)區(qū)。

軟件通過(guò)將TxProduceIndex/RxConsumeIndex索引寄存器加1(驅(qū)動(dòng)程序必須考慮索引翻轉(zhuǎn)問(wèn)題)，將描述符和狀態(tài)字的“擁有權(quán)”移交給硬件。硬件通過(guò)更新TxConsumeIndex/RxProduceIndex索引寄存器來(lái)將描述符和狀態(tài)字的“擁有權(quán)”移交給軟件。將一個(gè)描述符移交給了接收和發(fā)送DMA硬件之后，設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件則不能修改描述符或通過(guò)將TxProduceIndex/RxConsumeIndex寄存器減1來(lái)收回描述符，因?yàn)橛布赡芤呀?jīng)預(yù)取了這些描述符。此時(shí)，設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件必須等待，直到以太幀發(fā)送完成，否則設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序必須將發(fā)送和/或接收通道進(jìn)行軟復(fù)位，從而將描述符隊(duì)列復(fù)位。

2)索引增長(zhǎng)及翻轉(zhuǎn)

為了循環(huán)使用描述符隊(duì)列緩沖區(qū)，以太網(wǎng)模塊將其維護(hù)為循環(huán)隊(duì)列。在軟件或硬件操作完一個(gè)描述符時(shí)，索引是線性增長(zhǎng)的，即每操作一個(gè)描述符/狀態(tài)字，索引增加1。

索引翻轉(zhuǎn)(wrap-around)是指當(dāng)索引值超出隊(duì)列長(zhǎng)度范圍時(shí)，應(yīng)該將其重置回0，即隊(duì)列的首個(gè)描述符。特別強(qiáng)調(diào)由DMA引擎維護(hù)的TxConsumeIndex/RxProduceIndex索引自動(dòng)完成增長(zhǎng)和翻轉(zhuǎn)，TxProduceIndex/RxConsumeIndex索引的增長(zhǎng)和翻轉(zhuǎn)必須由驅(qū)動(dòng)程序軟件來(lái)維護(hù)。

3)隊(duì)列狀態(tài)判斷

判斷描述符隊(duì)列的狀態(tài)對(duì)于用戶程序來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。當(dāng)隊(duì)列為空時(shí)，隊(duì)列的消費(fèi)者一方將停止工作；當(dāng)隊(duì)列為滿時(shí)，隊(duì)列的生產(chǎn)者一方將停止工作。注意，在以太網(wǎng)模塊中根據(jù)接收和發(fā)送方向的不同，描述隊(duì)列的消費(fèi)和生產(chǎn)者角色是不同的。

根據(jù)循環(huán)隊(duì)列的特點(diǎn)及隊(duì)列的隊(duì)頭和隊(duì)尾相對(duì)位置則可判斷隊(duì)列的狀態(tài)。隊(duì)列空條件：

ConsumeIndex==ProduceIndex

隊(duì)列滿條件：

ConsumeIndex==(ProduceIndex+1)%隊(duì)列長(zhǎng)度

隊(duì)列空條件是兩個(gè)索引值相等；為了與隊(duì)列空條件相區(qū)別，預(yù)留一個(gè)空元素表示隊(duì)列滿狀態(tài)。考慮到索引翻轉(zhuǎn)問(wèn)題，在生產(chǎn)者索引加1后要對(duì)隊(duì)列長(zhǎng)度值取模，保證索引值不會(huì)越界。

4)中斷位

描述符有一個(gè)可通過(guò)軟件進(jìn)行編程的中斷位。當(dāng)以太網(wǎng)模塊正在處理一個(gè)描述符并發(fā)現(xiàn)該位處于置位狀態(tài)時(shí)，它通過(guò)將IntStatus寄存器中的RxDoneInt或TxDoneInt位傳遞給中斷輸出引腳來(lái)觸發(fā)一個(gè)中斷(將狀態(tài)字保存到存儲(chǔ)器之后)。如果描述符中的中斷位沒(méi)有置位，則RxDoneInt和TxDoneInt不置位也不觸發(fā)中斷(注意：IntEnable中的對(duì)應(yīng)位必須置位才能觸發(fā)中斷)，這樣可以靈活地管理描述符隊(duì)列。例如，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序能夠添加10幀信息給發(fā)送描述符隊(duì)列，可將隊(duì)列中描述符編號(hào)5的中斷位置位。這樣可以在發(fā)送完編號(hào)為5的描述符后觸發(fā)中斷，調(diào)用中斷服務(wù)程序。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序能夠在不打斷連續(xù)的幀傳輸?shù)那闆r下向描述符數(shù)組添加另一組幀描述符信息。

5)幀片段處理

為保證在存放幀信息時(shí)具有最大的靈活性，可以將幀信息分為多個(gè)幀片段，這些片段可以放在存儲(chǔ)器的不同位置。此時(shí)，可以為每個(gè)幀片段分配一個(gè)描述符。因此，描述符能夠指向一幀或一幀中的一個(gè)片段。通過(guò)分散/集中式DMA引擎，可以使用這些片段：發(fā)送幀由存儲(chǔ)器中的多個(gè)片段集中而得，接收幀可以分散到存儲(chǔ)器的多個(gè)片段中。通過(guò)將片段連接在一起，可以在小存儲(chǔ)器空間中創(chuàng)建長(zhǎng)幀。片段的另一個(gè)使用是：對(duì)位于不同地點(diǎn)的幀頭和幀有效負(fù)載進(jìn)行定位，從而可以在不執(zhí)行數(shù)據(jù)復(fù)制操作的情況下將它們連接起來(lái)。

對(duì)于發(fā)送操作，使用發(fā)送描述符控制字中的Last位來(lái)指示該片段是否為一幀信息中的最后一個(gè)片段；對(duì)于接收操作，使用狀態(tài)字的StatusInfo區(qū)域中的LastFrag位指示該片段是否為這幀信息中的最后一個(gè)片段。如果LastFrag位為0，那么下一個(gè)描述符屬于同一個(gè)以太網(wǎng)幀；如果LastFrag位為1，則下一個(gè)描述符是一個(gè)新的以太網(wǎng)幀。5.2.6以太網(wǎng)幀操作舉例

1．以太網(wǎng)模塊初始化

復(fù)位后，以太網(wǎng)軟件驅(qū)動(dòng)程序需對(duì)以太網(wǎng)模塊進(jìn)行初始化。在初始化過(guò)程中，軟件需完成以下內(nèi)容：

●將軟件復(fù)位條件(SOFTRESET)從MAC中移除；

●通過(guò)MAC的MIIM接口配置物理層芯片(PHY)；

●選擇MAC為RMII模式；

●在內(nèi)存中初始化發(fā)送和接收描述符隊(duì)列以及配置相關(guān)索引寄存器，供DMA引擎和驅(qū)動(dòng)程序軟件使用；●配置MAC模塊中的MAC寄存器(MAC1、MAC2等)；

●使能接收和發(fā)送數(shù)據(jù)通道。

根據(jù)使用的物理層芯片不同，軟件需通過(guò)MIIM接口來(lái)初始化物理層芯片中的寄存器。軟件通過(guò)對(duì)MAC的MCFG、MCMD、MADR寄存器進(jìn)行編程來(lái)讀/寫(xiě)物理層芯片內(nèi)部寄存器。寫(xiě)數(shù)據(jù)應(yīng)該寫(xiě)入MWTD寄存器，讀數(shù)據(jù)和MIIM接口狀態(tài)信息可以從MRDD和MIND寄存器中讀取。

以太網(wǎng)模塊支持使用RMII接口的物理層芯片。在初始化過(guò)程中，軟件必須通過(guò)對(duì)命令寄存器(Command)進(jìn)行設(shè)置來(lái)選擇RMII模式。在切換到RMII模式之前，默認(rèn)的軟件復(fù)位條件(SOFTRESET位)必須清零。在該操作過(guò)程中必須保證以太網(wǎng)模塊參考時(shí)鐘信號(hào)(enet_ref_clk)有效，并將其連接到以太網(wǎng)模塊上。

MAC驅(qū)動(dòng)軟件通過(guò)在存儲(chǔ)器中劃分“描述符隊(duì)列”和“狀態(tài)字隊(duì)列”來(lái)完成對(duì)發(fā)送和接收DMA引擎的初始化。發(fā)送和接收各自有專門(mén)的描述符和狀態(tài)字隊(duì)列，這些隊(duì)列的基址需在TxDescriptor/TxStatus和RxDescriptor/RxStatus寄存器中指定。隊(duì)列中描述符的數(shù)目要與狀態(tài)字隊(duì)列中的數(shù)目相等。

需注意的是：發(fā)送描述符、接收描述符和接收狀態(tài)字每個(gè)都占8個(gè)字節(jié)，而發(fā)送狀態(tài)字則占4個(gè)字節(jié)。所有的描述符隊(duì)列和發(fā)送狀態(tài)字隊(duì)列中的元素地址必須是4字節(jié)邊界對(duì)齊，接收狀態(tài)字隊(duì)列的元素地址必須是8字節(jié)邊界對(duì)齊。如果隊(duì)列中的元素地址沒(méi)有嚴(yán)格按照規(guī)定的字節(jié)邊界對(duì)齊，則DMA引擎將無(wú)法正確操作描述符和狀態(tài)字內(nèi)容。描述符隊(duì)列中描述符的數(shù)目需使用減1編碼寫(xiě)入TxDescriptorNumber/RxDescriptorNumber寄存器中。例如，如果描述符隊(duì)列中有4個(gè)描述符，則該寄存器的值應(yīng)為3。建立了描述符隊(duì)列后，初始化程序要在使能接收數(shù)據(jù)通道之前為接收描述符分配幀緩沖區(qū)。接收描述符的數(shù)據(jù)包指針域(PACKET)保存了該描述符對(duì)應(yīng)幀的緩沖區(qū)的基址。接收描述符控制字域包含的是接收幀緩沖區(qū)大小，該值也使用減1編碼。

接收通道有一個(gè)可配置的幀過(guò)濾功能，用于丟棄或忽略指定的以太網(wǎng)幀。幀過(guò)濾功能也應(yīng)該在初始化過(guò)程中配置。

在發(fā)出硬件復(fù)位之后，MAC中的軟件復(fù)位位將生效。使能以太網(wǎng)模塊之前必須將軟件復(fù)位條件移除。有兩處接收功能需使能：一個(gè)是接收DMA管理器需使能；另一個(gè)是MAC的接收數(shù)據(jù)通道需使能。為防止接收DMA引擎出現(xiàn)溢出，在通過(guò)將MAC1寄存器中的RECEIVEENABLE位置位來(lái)使能MAC中的接收通道之前，應(yīng)先通過(guò)使命令寄存器中的RxEnable位置位來(lái)將接收DMA引擎使能。

發(fā)送DMA引擎可在任何時(shí)候通過(guò)置位命令寄存器(Command)中的TxEnable位來(lái)使能。在將數(shù)據(jù)通道使能之前，用戶可以對(duì)MAC中的幾個(gè)選項(xiàng)進(jìn)行設(shè)置，例如自動(dòng)流控制、發(fā)送到接收的回送(用于驗(yàn)證以太網(wǎng)通信)、全雙工/半雙工模式等。在沒(méi)有對(duì)接收和發(fā)送通道進(jìn)行(軟)復(fù)位的情況下，描述符隊(duì)列的基址和長(zhǎng)度不可以修改。

2．以太網(wǎng)接收實(shí)例

本節(jié)以MAC模塊接收以太幀為例，說(shuō)明DMA引擎與驅(qū)動(dòng)程序在以太網(wǎng)通信中操作描述符隊(duì)列及相關(guān)索引寄存器的過(guò)程。實(shí)例中，假設(shè)MAC模塊需要接收一個(gè)長(zhǎng)度為19個(gè)字節(jié)的以太幀。該幀被分成3個(gè)片段(FRAGMENT)，前兩片長(zhǎng)8個(gè)字節(jié)，最后一片長(zhǎng)為3個(gè)字節(jié)。圖5.9所示為DMA引擎連續(xù)接收完三個(gè)以太幀片段后，接收隊(duì)列處于滿狀態(tài)，以及接收隊(duì)列相關(guān)寄存器的狀態(tài)。

圖5.9接收描述符隊(duì)列及相關(guān)寄存器示例復(fù)位之后，DMA寄存器的值將為0。在初始化過(guò)程中，設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件在存儲(chǔ)器中分配描述符數(shù)組和狀態(tài)數(shù)組。上述例子的描述符隊(duì)列分配了4個(gè)描述符。該隊(duì)列為4×2×4字節(jié)，并且是4字節(jié)地址對(duì)齊。描述符的數(shù)目與狀態(tài)字?jǐn)?shù)目相等，因此，狀態(tài)字隊(duì)列也由4個(gè)元素組成，狀態(tài)字隊(duì)列為4×2×4字節(jié)，并且是8字節(jié)地址邊界對(duì)齊。設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件將描述符隊(duì)列的基址(0x200810EC)寫(xiě)入RxDescriptor寄存器，將狀態(tài)字隊(duì)列的基址(0x200811F8)寫(xiě)入RxStatus寄存器。設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件還將描述符和狀態(tài)數(shù)目減1(值為3)寫(xiě)入RxDescriptorNumber寄存器。分配了描述符隊(duì)列后，下面將為每個(gè)描述符分配幀片段緩沖區(qū)。每個(gè)幀片段緩沖區(qū)的范圍為1字節(jié)～2k字節(jié)之間(控制字中的Size占11位)。片段緩沖區(qū)的基址存放在描述符的Packet指針域；片段緩沖區(qū)長(zhǎng)度存放在描述符控制字的Size域中。描述符控制字的Interrupt域可以設(shè)置為：接收幀片段并處理完描述符時(shí)，立即產(chǎn)生一個(gè)中斷。在上例中，幀片段緩沖區(qū)為8字節(jié)，因此，描述符控制字的Size域值為7。注意：在該例中，片段緩沖區(qū)實(shí)際上是一段連續(xù)的存儲(chǔ)器空間，本例幀緩沖區(qū)范圍為0x20081409～0x2008141B，共19字節(jié)。即使當(dāng)幀信息分布在多個(gè)片段上時(shí)，它通常也是一個(gè)線性連續(xù)的存儲(chǔ)器空間，而在描述符隊(duì)列中的其它描述符對(duì)應(yīng)幀緩沖區(qū)可以不與該幀緩沖區(qū)連續(xù)。

設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件應(yīng)通過(guò)向命令寄存器(Command)的RxEnable位寫(xiě)入“1”來(lái)使能DMA接收引擎功能。此后，通過(guò)向MAC配置寄存器MAC1的RECEIVEENABLE位寫(xiě)入“1”來(lái)使能MAC接收通道。這兩個(gè)位的設(shè)置順序不能顛倒，否則可能引起DMA接收緩沖區(qū)溢出錯(cuò)誤。現(xiàn)在，以太網(wǎng)模塊將啟動(dòng)以太網(wǎng)幀的接收操作。為減小處理器的中斷負(fù)擔(dān)，通過(guò)置位IntEnable寄存器中的相關(guān)位系統(tǒng)可以將某些中斷禁止。在DMA引擎接收使能之后，它將發(fā)起描述符讀操作。在上述例子中，描述符數(shù)目為4。最初隊(duì)列索引RxProduceIndex和RxConsumeIndex初始值為0。由于隊(duì)列處于滿狀態(tài)時(shí)必須保留一個(gè)空描述符，故DMA引擎只能最多使用3個(gè)描述符。驅(qū)動(dòng)軟件在執(zhí)行隊(duì)列判滿條件時(shí)應(yīng)注意循環(huán)隊(duì)列索引翻轉(zhuǎn)問(wèn)題。在使能MAC中的接收功能之后，數(shù)據(jù)接收將從下一幀開(kāi)始進(jìn)行，即如果當(dāng)RMII接口正在接收一幀信息的同時(shí)接收功能使能，則該幀信息將被丟棄，接收操作從下一幀開(kāi)始。以太網(wǎng)模塊將以太幀中的導(dǎo)言(Preamble)和幀起始定界符(SFD)從該幀剝離。如果該幀信息通過(guò)了接收過(guò)濾，則DMA引擎將根據(jù)第一個(gè)描述符的數(shù)據(jù)包指針域內(nèi)容將幀剩余內(nèi)容保存至數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中。

本例假設(shè)該幀信息有19個(gè)字節(jié)。考慮到該例中指定了緩沖區(qū)的大小，因此，該幀信息將分布在3個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中。在將最初的8個(gè)字節(jié)寫(xiě)入第一個(gè)片段緩沖區(qū)之后，接著寫(xiě)入的是第一個(gè)片段緩沖區(qū)的狀態(tài)字信息并且DMA引擎將繼續(xù)填充第二個(gè)片段緩沖區(qū)。由于要接收多個(gè)片段，因此第一個(gè)片段