用Ax88796實現(xiàn)SA1110的以太網(wǎng)接口
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關(guān)鍵詞：嵌入式 SA1110 Ax88796 以太網(wǎng) CPU MII
Intel公司的StrongARM SA1110是一款主要面向嵌入式應(yīng)用的高性能32位微處理器，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在PDA等手持設(shè)備上。SA1110最高主頻可達(dá)206 MHz，具有內(nèi)存管理單元(MMU)和大容量的指令/數(shù)據(jù)高速緩存(16 KB/8 KB)，兼容SDRAM、SMROM等多種存儲設(shè)備，并帶有LCD和PCMCIA控制器。
1 Ax88796簡介
Ax88796是臺灣Asix公司推出的NE2000兼容快速以太網(wǎng)控制器。其內(nèi)部集成有10/100 Mb/s自適應(yīng)的物理層收發(fā)器和8K16位的SRAM，支持MCS-51系列、80186系列以及MC68K系列等多種CPU總線類型。
Ax88796執(zhí)行基于IEEE802.3/IEEE802.3u 局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的10Mb/s和100Mb/s以太網(wǎng)控制功能，并提供IEEE802.3u兼容的媒質(zhì)無關(guān)接口MII(Media Independent Interface)，用以支持在其它媒質(zhì)上的應(yīng)用。此外，Ax88796還提供可選用的標(biāo)準(zhǔn)打印接口，可用于連接打印設(shè)備或用作通用I/O端口。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
Ax88796的地址總線SA[9:0]與數(shù)據(jù)總線SD[15:0]分別與CPU的地址/數(shù)據(jù)總線相連。CPU通過I/O讀寫NE2000寄存器來控制Ax88796的工作狀態(tài)，通過遠(yuǎn)程DMA FIFOs與Ax88796的內(nèi)部緩存SRAM進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。SRAM與MAC核之間進(jìn)行Local DMA將數(shù)據(jù)發(fā)送至MAC層，再經(jīng)由內(nèi)部的PHY層發(fā)送至RJ45接口，或者經(jīng)過MII接口送至外部的物理層芯片。
SEEPROM接口可以用來連接串行EEPROM。EEPROM可用于存儲MAC地址，供Ax88796每次初始化時讀取。
2 硬件接口電路
Ax88796的CPU[1:0]兩個輸入引腳用來設(shè)置與不同CPU總線連接時Ax88796的工作模式。在Asix公司官方提供的資料中，Ax88796在與SA1110連接時，是將這兩個引腳都拉低，也即設(shè)為ISA總線模式。但實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)這樣設(shè)置，在對Ax88796奇地址寄存器進(jìn)行8位數(shù)據(jù)寬度的訪問時存在問題：無論寫入何值，讀出值總為00H（由于Ax88796是NE2000系列的以太網(wǎng)控制器，其MAC層的控制寄存器都采用8位數(shù)據(jù)寬度，因此存放地址有奇偶之分；而CPU在對Ax88796的控制中，需要對其寄存器進(jìn)行8位數(shù)據(jù)寬度的讀寫）。
最初的懷疑是，對Ax88796的奇地址寄存器無法正確寫入數(shù)據(jù)。但用示波器抓取數(shù)據(jù)總線上的信號，發(fā)現(xiàn)SA1110已經(jīng)正確送出數(shù)據(jù)；并且當(dāng)對Ax88796的奇地址寄存器進(jìn)行讀操作時，Ax88796在數(shù)據(jù)總線D[7:0]上送出的數(shù)據(jù)正是此前SA1110向其奇地址寄存器寫入的數(shù)據(jù)。也就是說，數(shù)據(jù)已經(jīng)被正確寫入了Ax88796的奇地址寄存器中，但SA1110從中讀取數(shù)據(jù)時出現(xiàn)了問題。
根據(jù)Ax88796資料中的相關(guān)說明，在ISA總線模式下，對其NE2000寄存器進(jìn)行8位數(shù)據(jù)寬度操作時，高8位數(shù)據(jù)線D[15:8]是被內(nèi)部拉低的。因此，數(shù)據(jù)都是在數(shù)據(jù)總線D[7:0]上進(jìn)行傳送的，而Ax88796由地址線A0上信號電平的高低來判斷所訪問地址的奇偶，如表1所列。
表1 Ax88796在ISA總線模式下的讀寫操作
(a)ISA總線模式下的讀操作
| 操作模式 | CS | BHE | A0 | IORD | IOWR | SD[15:8] | SD[7:0] |
| 空閑模式 | H | X | X | X | X | 高阻 | 高阻 |
| 字節(jié)訪問 | L L | H H | L H | L L | H H | 無效 無效 | 偶字節(jié)數(shù)據(jù) 奇字節(jié)數(shù)據(jù) |
| 雙字節(jié)訪問 | L | L | L | L | H | 奇字節(jié)數(shù)據(jù) | 偶字節(jié)數(shù)據(jù) |
(b)ISA總線模式下的寫操作
| 操作模式 | CS | BHE | A0 | IORD | IOWR | SD[15:8] | SD[7:0] |
| 空閑模式 | H | X | X | X | X | X | X |
| 字節(jié)訪問 | L L | H H | L H | H H | L L | X X | 偶字節(jié)數(shù)據(jù) 奇字節(jié)數(shù)據(jù) |
| 雙字節(jié)訪問 | L | L | L | H | L | 奇字節(jié)數(shù)據(jù) | 偶字節(jié)數(shù)據(jù) |
H-高電平，L-低電平，X-不確定
SA1110最大支持32位數(shù)據(jù)總線，它在進(jìn)行不同寬度的數(shù)據(jù)讀寫時，有其自身的一套機(jī)制：
在對奇地址進(jìn)行8位數(shù)據(jù)寬度的寫操作時（如寫19H），地址線A0送出1，而數(shù)據(jù)總線D[31:24]、D[23:16]、D[15:8]、D[7:0]上同時送出該8位數(shù)據(jù)（即送出19191919H）；在對奇地址進(jìn)行8位數(shù)據(jù)寬度的讀操作時，地址線A0送出1，數(shù)據(jù)總線D[15:8]上的數(shù)據(jù)作為有效數(shù)據(jù)被讀入SA1110的內(nèi)部寄存器，而其余數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)被丟棄。
由此可見，當(dāng)SA1110對Ax88796的奇地址寄存器進(jìn)行8位數(shù)據(jù)寬度的讀操作時，Ax88796在數(shù)據(jù)總線D[7:0]上送出的有效數(shù)據(jù)，被SA1110丟棄了；而數(shù)據(jù)總線D[15:8]上的值00H被誤認(rèn)作有效數(shù)據(jù)讀入了SA1110。這就解釋了為什么對Ax88796奇地址寄存器可以正確寫入?yún)s無法正確讀取的問題了。
綜合上面的分析，在實際中采用的接口電路如圖 2所示。
Ax88796的CPU[0]上拉，CPU[1]下拉，設(shè)置它工作在186總線模式下。SA1110的地址線A0經(jīng)反向器后接至Ax88796的引腳，用來確保SA1110對Ax88796的控制寄存器的訪問都為8位數(shù)據(jù)寬度。實驗證明，這并不影響Ax88796作Remote DMA時與SA1110之間的16位數(shù)據(jù)寬度傳輸。
SA1110的GPIOx引腳可以復(fù)用作中斷輸入，因此用來連接Ax88796的中斷輸出IREQ。
3 軟件方面
由于Ax88796是NE2000兼容芯片，所以Linux kernel中的驅(qū)動ne.c、8390.c只需作較少的改動就可以用來驅(qū)動SA1110平臺上的Ax88796：
將ne.c中的偵測端口地址列表netcard_portlist[]的初始賦值改為kernel中為nCSx所映射的虛擬地址。
將ne.c里的中斷偵測程序段去掉，分配dev->irq=IRQ_GPIOx；而在8390.c中的每次enable_irq函數(shù)前，將GPIOx設(shè)置為上升沿觸發(fā)。
由于Ax88796具有獨(dú)立的端口被用來支持對EEPROM的訪問，因此ne.c中訪問EEPROM所采取的Remote DMA方式應(yīng)改寫為對端口的訪問方式。
另外值得一提的是，SA1110的片選輸出nCSx與讀寫信號輸出nOE、nWE之間的時序關(guān)系可以由對應(yīng)的SA1110寄存器MSCx中的控制位來調(diào)節(jié)。一個合適的取值可以大大提高SA1110與Ax88796之間的數(shù)據(jù)傳輸速度。
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