基于DM9000网口芯片的DSP6713B网口扩展

文张斌，陈志华

（暨南大学 信息技术研究所，广东 广州 510075）

目前，设备网络化已经成为业内所达成共识的、必然的趋势，随着硬件接入网络被广泛重视，大量高端的硬件板基本上都具备自带的网口功能，很多成熟的开发板都已具备了网口功能。然而，DSP6713B没有自带的以太网功能，所以需要扩展网口来实现以太网的连接。现在被广泛用作网口扩展的芯片有DM9000，RTL8019等，相关资料也非常多。该设计为了解决DSP6713B没有自带网口的问题，结合DM9000广泛使用于网口扩展的情况，提出一种采用DM9000网口驱动芯片作为网口的底层硬件来实现TCP/IP物理层的方案，并且使用LWIP协议作为网口通信协议，最终实现了DSP网口功能扩展[1-2]。

1 DM9000网口芯片介绍

1.1 DM9000功能简介

DM9000是一款完全集成并符合成本效益单芯片快速以太网MAC控制器与一般处理接口，1个10/100 M自适应的PHY和4 K DWORD值的SRAM。

DM9000支持8位、16位和32位接口访问内部存储器，以支持不同的处理器。DM9000物理协议层接口完全支持使用10 Mbit/s下3类、4类、5类非屏蔽双绞线和100 Mbit/s下5类非屏蔽双绞线。这是完全符合IEEE 802.3u规格。它的自动协调功能将自动完成配置以最大限度地适合其线路带宽。

1.2 DM9000与DSP6713B硬件连接

DM9000与DSP连接如图1所示。DM9000需要控制的主要引脚有:IOR、IOW、AEN、CMD（SA2）、INT、RST，数据线SD0～SD15（此处数据以16位传输）和地址线SA4～SA9。IOR和IOW分别为读写引脚，低电平可以读写；AEN为DM9000选通引脚，此处只用到1个DM9000芯片，直接将AEN管脚接低电平，DM9000工作的默认基地址为0x300，按照默认地址选择，将SA9与SA8接高电平，SA7～SA4接低电平，从而直接选通了DM9000芯片；CMD为命令/数据切换引脚，低电平时读写命令操作，高电平时读写数据操作，将CMD与DSP的EA2地址线连接；INT为中断信号输出引脚，与DSP的INT5中断信号线连接，低电平时有中断信号；IOR为读命令控制线，与DSP的AOE读命令控制线连接；IOW为写命令控制线，与DSP的AWE写命令控制线连接；RST为复位信号引脚，与DSP的GP[0]管脚连接；SD0～SD15数据线与DSP的数据线ED0～ED15连接。

1.3 DM9000初始化

首先，将DM9000控制读写命令基地址ADDR_BASE在DSP地址空间映射为0xB0000300，由于DSP的EA2地址管脚控制CMD，所以DM9000控制读写数据基址DA⁃TA_BASE在DSP地址空间映射为0xB0000302。确定了DM9000控制读写数据和命令的基址之后，接下来就是编写DM9000的驱动程序，有2个函数需要完成，读寄存器数据函数REG_read（uint8 reg）和写寄存器函数REG_write（uint8 reg，uint16 writedata），其中reg为相对于ADDR_BASE的偏移量，要写入ADDR_BASE地址中去，writedata是寄存器要写入的数据，要写入DATA_BASE数据基址中去。

DM9000初始化第一步就是要使DM9000的硬件初始化，DSP的GP[0]控制DM9000的RST，RST低电平可以使硬件复位，要求保持RST低电平时间大于20 μs。第二步，DM9000还需要2次软复位，往DM9000的NCR寄存器写入要求值即可实现DM9000软复位。第三步，设置DM9000收发模式和开中断，最后设置DM9000的MAC地址，从而整个DM9000的初始化完成，进行收发数据。

1.4 DM9000发送和接收数据控制

DM9000是发送和接收数据的底层硬件，因此，要实现数据与网络接口的传输，就必须实现发送和接收函数的编写，而发送和接收函数也是底层硬件与上层应用程序的接口。

1.4.1 发送函数sendpacket（）流程图

DM9000发送函数流程图如图2所示。

1.4.2 接收函数recepacket（）流程图

DM9000从网络中接到1个数据包后，会在数据包前面加上4个字节，分别为“01H”（同MRCMDX的值）、“status”（同RSR寄存器的值）、“LENL”（数据包长度低8位）、“LENH”（数据包长度高8位）。整个接收过程如图3所示。

图2 DM9000发送函数流程图

图3 DM9000接收函数流程图

2 LWIP协议的移植

LWIP协议是1个开源的TCP/IP协议，它把整个TCP/IP协议封装好，并且提供用户移植需要的操作系统模拟层接口和用户使用LWIP协议的API接口，该协议代码占用内存空间小，提供明确的操作系统模拟层移植说明，已经被广泛运用，且该协议支持不带操作系统直接使用，大大降低了移植难度。

LWIP协议移植必须完成底层操作系统模拟层与底层硬件的接口，这样才能让LWIP协议真正运行起来。然而要完成LWIP协议模拟层与硬件的通信，就必须实现4个重要函数:网口芯片的初始化函数，数据接收函数，发送函数和网口中断函数。

该设计使用DM9000作为网口芯片，上文已经详细介绍了DM9000网口芯片的初始化、发送和接收函数的实现。需要把发送函数sendpacket（）和接收函数进行部分改动recepacket（）。首先，对于发送函数，LWIP中的发送数据存放在pbuf*p的p->payload中，所以发送的数据就是p->payload，而且发送数据p->payload是已经封装好的MAC帧，然后把生成的MAC帧发送出去；对于接收函数，也是先把接收到得数据存放在p->payload，然后LWIP会自动处理这些数据。

初始化函数ethernetinit（）。首先，需要初始化LWIP，然后初始化DM9000芯片。LWIP初始化需要netif->state数据状态，netif->name以太网名，netif->output输出函数，netif->linkoutput连接函数。

网口中断函数需要处理的有发送中断处理、接收中断处理和出错处理，一般出错的时候直接丢包不做处理，发送时调用发送函数，接收时调用接收函数。

3 系统仿真测试

3.1 ARP测试

ARP分组格式图如图4所示。

ARP协议是地址解析协议，主要是通过目标IP查询得到目标MAC地址的协议。首先，已知目标IP，然后向网络发送1个ARP分组报文，如果目标IP收到报文，则发送1个ARP回文，从回文中便可得到目标IP的MAC地址。

现在直接把ARP请求报文放在1个数组中，然后调用sendpacket（）发送函数，直接把ARP报文发送出去，然后等待ARP回文，收到回文就会调用中断函数，并把接收到的ARP回报存放在0x20001000地址开始的地址空间。仿真结果如图5所示。仿真结果显示，回文中的目标IP地址192.168.1.25，对应的MAC地址为0x00，0x14，0x97，0xf0，0x07，0x24，该回文是从 MAC 地址为 0x6c，0xf0，0x49，0x92，0xb4，0x32，对 应 IP 地 址 为192.168.1.26，整个ARP地址解析过程说明DM9000芯片初始化正确，接收和发送函数也能够正常工作。

3.2 LWIP协议TCP/IP通信测试

整个系统设计流程图如图6所示。首先，DSP6713B初始化，DSP的初始化主要是完成PLL时钟，EMIF外部存储器接口初始化和中断初始化，PLL时钟为DSP内核和外部存储器接口提供工作时钟，EMIF外部存储器接口的初始化主要是设定外部存储器的类型、工作模式和读写时序；其次，DM9000初始化，主要是设置DM9000的复位，工作模式和中断的初始化；LWIP的初始化，主要是初始化LWIP的操作系统模拟层接口，实现LWIP与底层硬件的通信。整个系统的初始化完成。

建立1个TCP连接用来测试系统设计的效果。首先设置好本机的MAC地址，MAC地址在DM9000上面有标明，这个是DM9000的固定MAC地址，不能自己更改；然后设置IP地址，网关和子网掩码，这几个参数应依据使用的局域网设置；开启1个TCP通道，绑定到本地端口60023，端口号就代表着1个TCP线程，然后侦听TCP连接，与DSP建立TCP连接后，PC机向DSP发送字符串“LWIP”，如果PBUF的payload中成功接收该字符串，则DSP向PC机发送字符串“TCP TEST IS OK”。实验仿真结果如图7和图8所示。

DSP硬件板作为服务器，服务器IP地址为192.168.1.25，服务器端口为60023，PC机作为客户端，打开网络调试助手，如图8设置，然后单击连接，就能够把PC机和DSP硬件板连接上，往发送区填入发送数据LWIP（16进制为0x5049574c）。从图7可以看到LWIP数据存储PBUF中的payload已经接收到了0x5049574c，在确定接收数据为0x5049574c后，DSP向PC发送字符串“TCP TEST IS OK”，在图8网络调试助手的接收区可以看到显示接收到来自IP地址192.168.1.25的数据“TCP TEST IS OK”，TCP通信测试成功，表示DSP网口扩展成功[3-4]。

4 结束语

针对DSP6713B没有自带网口功能，提出了基于DM9000网口扩展芯片扩展网口的方法。该设计详细地分析了DM9000初始化过程，指出DM9000发送和接收函数需要解决的问题和实现的具体过程，并且把DM9000网口芯片作为LWIP网口通信协议的驱动底层，实现了LWIP协议操作系统模拟层接口并最终实现LWIP协议的移植。采用TCP通信测试整个系统的功能，并最终实现了DSP与PC机的TCP通信，整个设计稳定、可靠，能够有效地运用在现实的网口功能上，具有很好的市场前景。

[1]张翠，邓志良.LWIP协议栈在μC/OS-II上的移植和应用[J].微计算机信息，2010，26（3）:84-86.

[2]李国辉，范科峰.基于ARM+DM9000的TCP/IP协议栈的移植与实现[J].电子科技，2008，21（6）:66-69.

[3]袁安富，夏生凤.基于ARM和Linux的DM9000网络接口设计及驱动实现[J].计算机工程与科学，2011，33（2）:27-31.

[4]胡俐蕊.基于LWIP的μC/OS-II网络应用程序设计方法[J].计算机应用与软件，2010，19（1）:145-148.