基于S3C2510和Nucleus的网络接口与驱动设计

陋两砭死前斫丽丽矗硼 ARM开发与应用 文章编号：1008-0570(2008脚—0177—m2 基于$3C2510和Nucleus的网络接口与驱动设计 ADesig疗ofNetworkInterfaceandDriverbasedonS3C2510andNucleus (I．广东科学技术职业学院；2．广州金鹏集团有限公司)李昌1黄亚民2 LJCHANGHUANGYAMIN 摘要：本文介绍嵌入式微处理器$3C2510的网络接口。并使用RTL8201芯片为之设计了硬件接口电路；设计实现了基于Nu- cleus操作系统的驱动程序。完成以太网控制器的初始化设置、收／发中断例程和利用缓冲链表数据结构向TCP／IP 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 层交 换数据。运行实测表明接口工作性能稳定可靠，满足网络流媒体数据处理的要求。 关键i司：$3C2510；Nucleus操作系统；网络接口；驱动程序 中图分类号：TP393 文献标识码：B Abstract：Thispaperintroducesthenetworkinterfaceof$3C2510embeddedmicroprocessor，andthehardwarecircuitwithRTL8201； thedriverprogrambasedOilNucleusoperatingsystemisalsodesigned，whichincludesEthemetcontrollerinitializing，reeeiving／trans- mitringinterruptserviceroutines，anddatatransferringtoTCP／IPlayerwithbufferchains．Actualrunningtestindicatesthedesignis stableandreliable，andmeetstherequirementofnetworkstreamingmediadataprocessing． Keywords：S3C2510，NucleusOS,networkinterface,driver 1引言 $3C2510是三星公司推出的一款面向网络通信的高性能 嵌人式处理器，内置ARM940T核和指令擞据Cache，集成了 Ethemet、PCI、UART、12C、USB、DMA等丰富的接口资源，系统 时钟可达133MHz，非常适合网络流媒体数据处理。在某型号嵌 入式网络视频服务器研发中。采用$3C2510和Philips公司的 多媒体DSP处理器TMl300组成主从式架构．TMl300主要负 责视音频数据的采集和压缩编码，并通过PCI总线与$3C2510 交换数据和控制命令：$3C2510作为主控制器，运行Nucleus实 时操作系统，负责整个系统设备功能的初始化设置和管理，并 通过服务器任务．将压缩编码后的视音频数据以IP包的形式 发送到网络上。由远程客户端Pc接收和解压播放，实现视音频 的远程实时监控。根据以上 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，需要为$3C2510设计以太网 接口和实现在Nucleus操作系统上的设备驱动。 2 S3C2510以太网控制器 $3C2510有2个以太网控制器，具有以下主要特点： ·与IEEES02．3完全兼容的10M／100Mbps的以太网接人， 支持MII接口和传统7线SNI接口： 宰带有缓冲的突发模式DMA引擎．收／发缓冲各256字节； +MAC收／发FIFo。其中发送80字节。接收16字节； oCAM寄存器可存储多达21个MAC地址；’ 搴STA功能支持对多个PHY芯片的访问和控制； ·数据对齐逻辑； ·流量控制功能。 ’ 和其他一些嵌入式微处理器不同的是。$3C2510的以太网 控制器自带DMA引擎。并且具有收，发各256字节的缓冲，和 MAC收，发FIF0一起．组成了二级缓冲结构，能有效缓和CPU 李昌：硕士工程师 的迟滞。FIFO的8位宽度数据经过BDMA缓冲拼成32位宽 度．再进入系统AMBA总线，达到很高的数据吞吐能力。BDMA 通过BD(缓冲描述符)指向内存的数据帧缓冲区，当BDMA读， 写数据帧缓冲时，BD的ownership位=1，结束后清掉该位，同时 产生巾断，将帧缓冲转给CPU处理。在中断设计上，收，发中断 各自独立作为系统内部中断源，可充分发挥多任务操作系统的 优势．提高中断处理效率。 3硬件接口设计 $3C2510内部实际上已包含了以太网MAC控制，但并未 提供物理层接口，因此，需外接一片物理层芯片以提供以太网 的接入通道。本系统使用RTL8201作为以太网的物理层接口芯 片。它的主要功能包括物理编码子层、物理媒体附件、双绞线物 理媒体子层、IOBASE-TX编码／编解码器和双绞线媒体访问单 元等；同时，带有MII接口，可以简单方便地与$3C2510连接。 物理信号的发送和接收端通过网络隔离变压器16ST8515连接 到脚45上。$3C2510和RTL8201接口示意图见图l。 图1$3C2510以太网接口电路 [1控lq邮局订阅号：82-946360元，年一177— 万方数据 ARM开发与应用 中文核心期刊‘微计算机信息>(嵌入式与SOC)2008年第24卷第3—2期 $3C2510以太网控制器的STA功能可以呵通过MDC／⑧设置BDMARXCON的RxBD个数和允许接收、MACRX— MDIO管理接El访问和控制31个RTL8201。当系统复位时，CON的允许接收，打开BMRXINTEN的帧接收结束巾断；- RTL8201会锁存PHY地址引脚PAD0—3的初始状态作为与⑨重新打开INTMSK中的以太网收／发中断，准备响应中断 $3C2510管理接口通信的PHY地址．但该地址不能设为 00000B，否则RTL8201进入掉电模式。由于RTL8201的PHY 地址引脚也复用为LED引脚，因此不能直接接到电源或地，应 通过5．1K的电阻上拉或下拉，决定RrlL8201的PHY地址。在 图1所示的连接方法中，RTL8201的PHY地址设为00001B。 在正常工作时，LED显示RTL8201的工作状态．当不需要LED 状态显示时，LED和150欧的电阻可去掉。 4驱动程序设计 系统选用的运行环境是NucleusPLUS，是MentorGraphics 公司的嵌入式多任务实时操作系统，源代码开放，具有良好的 可移植性和易用性。能支持当前流行的大多数处理器。它提供 NET网络组件，支持TCP／IP、UDP、DHCP等协议。为此，在Nu- cleus上设计了网络驱动程序。总体结构按功能分为设备初始化 和收发中断处理两大部分： 4．1设备初始化 通过系统创建一个网络初始化任务NeLInit_Task来实现． 主要完成NucleusNet协议栈和相关数据结构的初始化，向操 作系统注册用于处理收，发的低级中断例程．初始化以太网控制 器的硬件寄存器设置。主要代码如下： VOIDNet_Init_Task(UNSIGNEDargc，void+argv) {NU_IniLNet(&NETMemory_P001)；，奉初始化协议栈+， Ether_Devices【0】．dv_init=Ether_Init；／*向Net设备数据结 构注册设备初始化函数吖 NURegister_LISR(Tx_Vector,Tx—USR’&old_veet_routine )少注册发送低级中断例程，’Ik．vector为发送中断号+， NURegisteLLISR(RxVector,Rx_LISR，&old_vecLroutine )；严注册接收低级中断例程。Rx_Vector为接收中断号宰， NU—Create_HISR(&Rx_HISR_Control，”Ether_Rx_HISR”， Rx_HISR，1，pointer,2048)；产注册接收高级中断，用于设置事 件‘／ NUInit_Devices(Ether_Devices，1)；，幸初始化设备，里面会 调用Ether_Init+， l Ether__Init(DV_DEVICE_E／盯RY*device)负责对以太网控制 器初始化，具体步骤如下： ①关闭INTMSK中的以太网收／发中断，并操作BDMARX— CON、BDMATXCON、MACCON进行软件复位： ②设置STADATA、STACON寄存器对PHY芯片的功能进 行管理(如果系统只有1个PHY芯片则可省略)； ③设置CAMCON寄存器允许地址比对和接收广播帧；将 本机MAC地址写入CAM寄存器并使能CAMEN对应位； ④设置BDMARXLEN寄存器的BRxBS03D指向的缓冲块 大小)和BRxMFS(数据帧最大长度)； ⑤设置MACCON寄存器的Full_Duplex位=l： ⑥设置BDMARXDPTR和BDMATXDPTR分另4指向收，发 BD起始地址，并初始化BD，指向内存的数据缓冲区； ⑦设置BDMATXCON的TxBD个数和发送域值、MACⅨ一 CON的填充和校验，打开BMTXINTEN的帧发送结束中断； 请求。 ’’i ， 。 一+ 4．2收，发中断处理 因为$3C2510的以太网收／发中断是2个独立的内部中断 源，所以，采用2个低级巾断例程分别处理。在Tx_LISR中，检 查并清除BMTXSTAT寄存器状态(包括中断标志)，检查当前 TxBD状态，如果上一帧发送是正常结束，且ownership位---0，则 重新为BD赋值，指向待发送帧缓冲，然后ownership位=1，将帧 缓冲的控制权交给BDMA控制器，使能发送，以太网控制器自 动为发送数据加上同步位、分割位、校验位以及填充字段并将 以太帧发送出去。在Rx-LISR中，检查并清除BMRXSTAT寄存 器状态。检查当前RxBD状态，如果是正常接收。从帧缓冲取出 数据，然后重新将帧缓冲控制权交给BDMA控制器，使能接收； 为简化操作，帧缓冲大小设为1552字节，并且在MACRXCON 中禁止接收超长帧(>1518字节)，避免出现1帧分装在多个缓冲 的情况。 一 驱动程序利用Nucleus的内存管理特性。建立一个空闲缓 冲链表(MEM—Buffer_Freelis0，当准备从网络接收数据时，向空 闲缓冲链申请一个接收缓冲块，如果申请成功，将缓冲块加入 接收数据链表(MEMBuffer_Lis0中，并且据此设置RxBD，启动 BDMA将网络数据填入缓冲块中，之后在Rx．LISR中激活一个 高级中断例程(Rx_HISR)来设置一个Buffers_Available事件，通 知上层TCP／IP协议栈处理接收到的数据包：往外发送数据时。 先释放掉发送缓冲队列(device一>dev_transq)中已经发送过数据 缓冲，如果队列中还有数据等待发送，则设置TxBD，启动BD— MA将数据发送出去。 整个网络驱动程序的模块结构如图2所示。 5结语 图2网络驱动程序的模块结构 $3C2510内部集成ARM940T核和2个以太网控制器，具 有非常强的网络数据处理能力。在实际测试运行中，对1路视 频和音频信号分别按H．264和G．729标准进行压缩编码，输出 CIF格式图像、码率在500Kbps时，可以支持多达64个网络客 户端连接．网络流量近40Mbps，视音频回放清晰、流畅、稳定。 这说明本设计是成功可靠的，能满足网络视频服务器传输流媒 体数据的需要。 (下转第185页) 一178—360元／年邮局订阅号：82-946 万方数据 愿西范西蓟丽丽丽五翮 ARM开发与应用 L-- A 是在跳线模式下丁．作。对该芯片的驱动主要包括以下几个步骤： 参考文献 复位、初始化、收发数据。R砌019的复位引脚RSTDRV是高电【l】王文杰，栾新．基于嵌入式调试器的网络通信方法设计与实 平有效．有效的保持时问宜大于800ns．且在由高到低切换后的现fJl．微计算机信息，2007，23(1—2)：31—33． 100ms后才对芯片操作。在对芯片初始化之前需要预先分配好【2]SamsungElectronics．$3C2510Datasheet．2002 片内RAM巾的空间即接收和发送缓存的大小，在把所有的设置【3]MentorGraphicsCorporation．NucleusPLUSReferenceManual． 参数在初始化的时候一起写入RTL8019的寄存器完成初始化。2005 5结语 项目开发调试的过程中有许多软件和硬件方面的困雉，但 是问题最后都是在不断地鳃决，如系统的了串口，LCD，AD采 样，Hash操作的调试等丁作以及控制器所要具备的人机交互功 能的程序设计且需调试通过。把以太网模块加到T程中后，其 物理层芯片的驱动程序需进一步调试．把TCP／IP协议加入模 块．参照成功的案例，完成系统的调试任务。同时．本文具有以 下创新点： (1)开发应用32位微处理ARMS3C4480x作为控制器的内 核．使控制器比用单片机作内核的处理器具有更全面的功能和 更好的使用性能。(2)在菜单的设计中，用一个结构体把一个菜 单的属性完整地封装好，其属性包括菜单名称、坐标、参数标 志、参数。(3)解决了该网卡芯片使RTL8019AS正常工作的问题， 在对芯片初始化之前需要预先分配好片内RAM中的空间即接 收和发送缓存的大小．在把所有的设置参数在初始化的时候一 起写入RTL8019的寄存器完成初始化。 参考文献 ⋯田泽．嵌入式系统开发与应用实验教程【M】．北京：北京航空航 天大学出版社．2005． f21贾志平，张瑞华．嵌入式原理与接口技术『M】．北京：清华大学出 版社．2005． f3】王田苗．嵌入式系统设计与实例开发[M】．清华大学出版社， 2003． 【4】崔登志，戴学丰，刘树东，等．用ARM控制CAMD无线Modem 发送短信息【J】微计算机信息，2006，11-2：136—138． 【5】徐伟，谭树人，黄浩亮．基于ATglRM9200的图象采集系统设计 【J】微计算机信息，2006，11-2：120—122． 作者简介：黄勇亮(1964．10一)。广东省揭阳市人，广东交通职业技 术学院高级实验师，研究方向为航海技术与轮机工程。 Biography：HuangYongliang(1964一)，Chinese，HeWagbornJie YangCity，GuangDongProvinceandWorkingGuangdongCom— muincationPoiytechnic，associateprofessor，andheworkinan- tomobileandmechanicalengineering．researchareaarenaviga- tiontechnologyandshipengineengineering． (510800广东省广州市广东交通职业技术学院)黄勇亮 (GuangDongCommunicationPolytechnic，Guangdong Guangzhou510800)HuangYongLiang 通讯地址：(510800广东省广州市花都区工业大道11号交通 学院港口与航运工程学院)黄勇亮 (收稿日期：2008．01．05)(修稿日期：2008．02．20) (上接第178页) 本文作者创新点：为以$3C2510为核心的网络视频服务器设 计了以太网硬件接口。并设计实现了Nucleus操作系统上的 驱动程序。完成对以太网接口初始化和数据收发的中断处 理，通过建立缓冲链表数据结构。实现了协议层和硬件层的 数据传递。 [4]MentorGraphicsCorporation．NucleusNETReferenceManual． 嬲 作者简介：李吕(1972一)。男，东北大学T业自动化硕士。1：程 师，现T作于广东科学技术职业学院机电+r程系，主要从事T 业控制和嵌入式系统研究与开发。 Biography：LiChang(1972一)，Male(Chinese)，receivedhis MEng．inindustrialautomationfromNortheasternUniversity． HeisnowanengineerinDept．ofMechanicalandElectronic Engineering，GuangdongInstituteofScienceandTechnology． Hisresearchareaincludesindustrialautomationandembedded system· (519090广东珠海广东科学技术职业学院)李昌 (510663广东广州广州金鹏集团有限公司)黄亚民 通讯地址：(519090广东珠海珠海市金湾区广东科学技术职业 学院机电工程系办公室)李昌 (1J殳稿日期：2008．01．05)(修稿日期：2008．02．20) (上接第187页) 本文创新点：本文采用现今比较新的一种无线通信技术ZigBee 技术。并结合在高性能和低功耗特性方面提供了最佳性能的 ARM9系列微处理器，组成了无线串口集线器。介绍了集线器 的硬件和软件的设计．并给出它在现实中的实际应用。 参考文献： 【1]ZigBeeAlliance．CatchthebuzzonZigBee[DB／OEl．http：／／www． ZigBee．Org／en／resourees，2007-02-11． 【2】丁飞等．ZigBee技术的硬件实现模式分析[J】．单片机与嵌入式 系统应用。2006，9：51-57． 【3]KevinDankwardt．Real-TimeandLinux【J】．EmbeddedLinux Journal，2002，issue7：29-32． [41Bate．real-timeembeddedsystem[J]．Computing&ControlEngi- neeringJournal，2002，13f4)：154-156． 【5】许先斌等．基于ARM9的嵌入式Linux开发流程的研究叨微 计算机信息。2006，22(4)：87—89． 作者简介：孙芳(1979一)，女，汉，河南新乡人，空军雷达学院研究 生管理大队在渎硕L生。计算机应用专业。研究方向：多媒体与 虚拟现实技术；李强(1969-)，男，汉，湖南郴州人，教授，博士。主 要研究方向：分布式操作系统、多媒体应用技术；石晓字(1983一)， 女，湖北宜昌人，硕士研究生，研究方向：军事网络工程；李加庆 (1983一)，男，湖北黄石人，硕士研究生，研究方向：军事网络工程。 Biography：SunFang(1979一)，female，Han，XinXiangHeNan， GraduatestudentinDepartmentofGraduateManagementofAir ForceRadarAcademy，major：computerapplication，research： multimediaandvirtualrealitytechnology． (430019湖北武汉空军雷达学院研究生管理大队)孙芳石晓字 李加庆 (430019湖北武汉空军雷达学院信息与指挥自动化系)李强 通讯地址：(430019湖北省武汉市空军雷达学院研究生管理 大队23队)孙芳 (II殳稿日期：2008．01．05)(修稿日期：2008．02．20) mltt控Wl邮局订阅号：82-946360元，年一185— 万方数据 基于S3C2510和Nucleus的网络接口与驱动设计 作者： 李昌， 黄亚民， LI CHANG， HUANG YAMIN 作者单位： 李昌,LI CHANG(广东科学技术职业学院,广东珠海,519090)， 黄亚民,HUANG YAMIN(广州金 鹏集团有限公司,广东广州,510663) 刊名： 微计算机信息 英文刊名： CONTROL & AUTOMATION 年，卷(期)： 2008,24(8) 参考文献(4条) 1.王文杰;栾新 基于嵌入式调试器的网络通信方法设计与实现[期刊论文]-微计算机信息 2007(1-2) 2.Mentor Graphics Corporation Nucleus NET Reference Manual 2006 3.Mentor Graphics Corporation Nucleus PLUS Reference Manual 2005 4.Samsung Electronics S3C2510 Datasheet 2002 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_wjsjxx200808071.aspx