嵌入式系统的以太网接口设计

嵌入式系统的以太网接口设计

作者：于申申

来源：《硅谷》2011年第17期

摘要：随着网络和嵌入式系统的发展，嵌入式系统与网络的结合已经成为最新的研究方向。使用处理器S3C44B0X和以太网接口芯片RTL8019AS，设计一种通用的嵌入式系统以太网接口设计与实现方案。这种设计结构简单，实现方便，具有很好的实用价值。

关键词： S3C44BOX； RTL8019AS； uCLinux操作系统

中图分类号：TP368 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0910067－01

目前，随着计算机技术、通信技术的飞速发展，以太网以它的普遍性及低廉的接口价格，已经作为一种最通用的网络，广泛应用于生产和生活中。使得我们在计算机进行网络互连的同时，许多领域的嵌入式设备如工业控制、数据采集、数控机床和智能仪表等也有接入网络的需求。伴随着信息家电出现，嵌入式设备的网络化必将拥有更广阔的发展前途。在这个过程里，首先要解决的是嵌入式设备如何实现网络互连。

本文基于常用的嵌人式处理器S3C44B0X和以太网驱动器RTL8019AS以及µClinux系统设计了一款嵌人式以太网接口。该方案和其它设计比较具有高性能、低功耗、软硬件易扩展特点，是当前及今后工业以太网控制器的理想选择方案。本设计的特点是，既可仅用于嵌人式以太网驱动设备，方便简单，又可进行扩展其他模块，必要时可以移植操作系统，应用于其他复杂领域。

1 芯片简介

1.1 S3C44B0X芯片概述

系统的CPU采用S3C44B0X，它是Samsung公司推出的16/32位RISC处理器，采用了ARM7TDMI内核，0.25um工艺的CMOS标准宏单元和存储编译器。S3C44B0X还采用了一种新的总线结构，即SAMBA-II（三星ARM嵌入式微处理器总线结构）。S3C44B0X[1]通过提供全面的、通用的片上外设，大大减少了系统电路中外围元器件配置，从而最小化系统的成本，它为一般应用提供了高性价比和高性能的微处理器解决方案。

由于S3C44B0X微处理器集成了丰富的外设，非常适合控制管理。而µClinux系统又可对多种硬件资源进行控制，加之S3C44B0X对µClinux操作系统的完美支持，故采用了三星公司S3C44B0X芯片作为微处理器。

1.2 RTL8019AS芯片概述

RTL8019AS是台湾REALTEK公司的产品。RTL8019AS是性价比很高的、带有即插即用功能的全双工以太网控制器。由于其优良的性能、低廉的价格，使其在上网卡中有很高的市场占有率。

1）RTL8019AS芯片的主要性能

RTL8019AS的8条IRQ总线和16条基本地址总线为大资源情况下提供了宽松的环境。RTL8019AS支持16K、32K和64K字节BROM和闪存接口。它仍然提供页面模式功能，这种功能可支持16K字节内存系统空间下的4M字节的BROM。此外，BROM的无用命令被用来释放BROM内存空间。RTL8019AS用16K字节SRAM设计在单片芯片上，它的设计不仅提供了更多友好的功能，而且节省了SRAM存储资源。

2）RTL8019AS芯片内部结构

RTL8019AS内部可分为远程DMA接口、本地DMA接口、MAC（介质访问控制）逻辑、数据编码、解码逻辑等端口。远程DMA接口是指ARM对RTL8019AS内部RAM进行读写的总线，完成RTL8019AS内部SRAM与微控制器一侧的数据交换。ARM收发数据只需对远程DMA操作。本地DMA接口是指RTL8019AS內部SRAM与网线的连接通道，完成控制器与网络传输线一侧的数据交换。MAC逻辑完成以下功能：当微控制器向网上发送数据时，先将一帧数据通过远程DMA通道送到RTL8019AS中的发送缓存区，然后发出传送命令。当RTL8019AS完成了上一帧的发送后，再开始此帧的发送。RTL8019AS

接收到的数据通过MAC比较、CRC校验后，由FIFO存到接收缓冲区。收满一帧后，以中断或寄存器标志的方式通知微控制器。FIFO逻辑对收发数据作16字节的缓冲，以减少对本地DMA请求的频率。

3）RTL8019AS的硬件电路设计

RTL8019AS有三种工作方式：

跳线方式：I/O和中断由跳线决定。

即插即用方式（PNP）：由软件进行自动配置，使用这种方法时，系统的启动程序必须包含支持PNP的函数。

免跳线方式：I/O和中断由外接的EEPROM（93C46）中的内容决定。

2 S3C44B0X与RTL8019AS的接口电路

RTL8019AS的工作电压为5V，为提高收发速度，采用16位数据总线方式。RTL8019AS

的SD[15:0]与S3C44B0X的DATA[15:0]相连。由于采用16位数据总线方式，RTL8019AS[9:0]与S3C44B0X[10:1]相连。由于在本设计中RTL8019AS的AEN与S3C44B0X的nGCS5相连，所以对应S3C44B0X的存储器的起始地址0x0a000000。S3C44B0X的nOE、nWE分别与

RTL8019AS的IORB、IOWB相连，控制数据的读和写操作，低电平有效。RTL8019AS使用

中断INT0，对应S3C44B0X的外部中断EXINT1。RSTDRV经74LS04接到复位电路，模块复位时RTL8019AS也同时复位。OSC0、OSC1分别为20MHz晶振的输入输出端。LED0、LED1分别连接一个发光二极管，指示网络连接、数据传输和发送的情况。FC-518LS为网卡滤波

器、变压器，内部包含一对低通滤波器和一对隔离变压器，其输出TX+/TX-、RX+/RX-与

RJ45相连。

3 总结

本设计经过软硬件的调试，并已成功地进行以太网数据传输。具体实现了在

S3C44BOX+uCLinux操作系统平台下的嵌入式以太网控制器的软硬件设计；详细分析了嵌入

式以太网控制器模块设备在嵌入式uCLinux操作系统下驱动程序结构和开发过程，编写出驱动模块，实现了嵌入式以太网驱动模块设备的控制，已成功地应用到嵌人式仪器仪表、工业数据采集网络、嵌人式网络控制等许多领域。

参考文献：

[1]杜春雷，ARM体系结构与编程，北京：清华大学出版社，2003：11-20.

[2]Realtek Semiconductor Corp.RTL8019AS Datasheet.http：

///projects//tinynet.files/RTL8019AS（REALTEK）.pdf.

[3]丁晓波，基于嵌入式Linux的BSP技术研究，电子科技大学硕士学位论文，2002.

[4]刘安昱、温晓辉、刘志红，基于S3C44B0X的uClinucx的移植，单片机与嵌入式系统

应用，2003（12）：76-79.

[5]刘淼，嵌入式系统接口设计与Linux驱动程序开发，北京：航空航天大学出版社，2006.