基于VxWorks的網絡接口設計

VxWorks操作系統(tǒng)以其高度的可靠性、優(yōu)秀的實時性、靈活的可裁減性等優(yōu)勢在嵌入式系統(tǒng)中備受關注，廣泛應用于許多行業(yè)；而隨著網絡技術的發(fā)展，嵌入式技術與網絡技術的結合已成必然。VxWorks是最早在其內核中加入TCP／IP協(xié)議的嵌入式實時操作系統(tǒng)。如何設計基于VxWorks的網絡接口，是擺在嵌入式開發(fā)人員面前的首要課題。本設計以三星公司的ARM7(S3C44B0)為核心CPU，開發(fā)了VxWorks下的網絡接口，包括硬件設計和軟件實現(xiàn)兩個部分。

1 硬件設計
核心CPU采用三星公司的S3C4480。S3C4480采用ARM7TDMI內核，它通過提供全面的、通用的片上外設，大大減少了系統(tǒng)電路除處理器以外的元器件配置，降低了系統(tǒng)成本。
網絡接口芯片采用Realtek公司生產的RTL8019AS。它是一款高度集成的以太網控制器，不僅集成了MAC(介質訪問控制)子層和物理層的性能，而且與NE200O兼容，具有軟件可移植性強以及價格低廉等優(yōu)點。
S3C4480與RTL8019AS的硬件接口原理如圖l所示。從圖1中可以看出，RTL8019AS的使能端連到S3C44B0的nGCS3，因此它的地址映射在系統(tǒng)的Bank3上，基地址為Ox06000000。RTL8019AS支持8位／16位數(shù)據總線，在本電路中采用16位方式。

RTL8019AS共有32個輸入／輸出地址，對應地址偏移量為Ox00～Oxlf?，F(xiàn)分別說明如下：
①Ox00～OxOf的16個地址，為寄存器地址。
②0xlO～0x17的8個地址，為數(shù)據讀寫端口地址。它們都是一樣的，每個都可以用來做數(shù)據讀寫端口，只要用其中一個就可以了。
③Oxl8～0xlf的8個地址，為復位端口。它們的功能都是一樣的。但需要注意，實際上只有0x18、0xla、Oxk、Oxle這幾個復位端口是有效的，其他不要使用；因為有些兼容卡不支持0x19、0xlb、0xld等奇數(shù)地址的復位。
在軟件設計時，尤其要注意以下兩點：
①RTL8019As的地址線從SAO～SA4依次連到S3Cd480的ADDRl～ADDR5上，因此，RTL8019的寄存器地址要左移1位。
②RTL8019AS使用EXINTl中斷，且上升沿觸發(fā)。

2 軟件實現(xiàn)
2．1 VxWorks的網絡協(xié)議棧和MUX接口
VxWorks中的網絡協(xié)議棧叫作“SENS(Scalable En-hanced Network Stack)”，即可裁減增強網絡協(xié)議棧。SENS是基于4．4RSD TCP/IP協(xié)議棧發(fā)展而來的。它包含了許多4．4BSD TCP／IP協(xié)議棧沒有的協(xié)議；而且SENS在實現(xiàn)一些協(xié)議功能時增加了許多新特性。如在IP協(xié)議實現(xiàn)時增加了多播功能。SENS協(xié)議棧層次如圖2所示。

SENS的基本特征與傳統(tǒng)的TCP／IP網絡協(xié)議棧相似，但從圖2中可以看出，SENS最大的特點是在數(shù)據鏈路層和網絡協(xié)議層之間多了MUX層。在SENS中網絡接口的驅動程序叫作“END(Enhanced Network Driver)”，即增強型網絡驅動程序，它處于數(shù)據鏈路層。IP層和TCP／UDP層合稱為“網絡協(xié)議層”。在數(shù)據鏈路層和網絡協(xié)議層之間有應用程序接口(API)，這個接口在SENS中叫作“MUX(Mulnplexer)接口”。MUX接口如圖3所示。MUX接口起到隔離網絡驅動程序與網絡協(xié)議的作用。在老式的BSD4．3的驅動模式下，網絡驅動程序和協(xié)議是緊密聯(lián)結的，無論協(xié)議還是驅動程序都需要了解對方的數(shù)據結構。而在新的基于MUX的模式下，驅動程序和協(xié)議并不需要了解對方。它們通過MUX接口來通信。例如，在收到一個包后，網絡驅動程序并不直接訪問協(xié)議的數(shù)據結構；相反，當準備將數(shù)據傳給協(xié)議層時，它調用一個MUX提供的函數(shù)，該函數(shù)處理把數(shù)據傳給協(xié)議層的細節(jié)。這使得添加一個新的驅動程序或協(xié)議十分容易。MUX實現(xiàn)了下面的一套函數(shù)集：muxBind()、muxUn-bind()、muxDevLoad()、muxDevUnload()、muxReceive()、muxError()、muxSend()、muxTxRestartRtn()、muxM castAddrDel()、muxMcastAddrGet()、mux-PollSend()、muxMcastAddrAdd()、muxPollReceive()、muxIoctrl()。網絡驅動程序和協(xié)議都要調用上面的函數(shù)，不需要為它們添加任何附加代碼。
2.2 END設備驅動程序裝載過程
在VxWorks中，END設備驅動程序裝載過程可以分為3個步驟，即指定END設備，裝載END設備和啟動END設備。END設備的指定是通過數(shù)組endDevTbl[]來完成的，該數(shù)組描述了系統(tǒng)中的所有網絡設備的裝載入口點及其相關參數(shù)。系統(tǒng)調用MUX設備裝載函數(shù)muxDevLoad()來裝載END設備，調用MUX設備啟動函數(shù)muxDevStart()來啟動END設備。網絡設備驅動程序的裝載過程如圖4所示。系統(tǒng)通過usrRoot()函數(shù)來調用usrNetInit()函數(shù)完成MUX的初始化，裝載網絡設備表endDevTbl[]中描述的所有設備，并將IP協(xié)議綁定到網絡引導設備上等。

當網絡設備產牛中斷時，VxWorks調用驅動程序先前注冊的中斷服務程序。中斷服務程序應做盡可能少的工作，以完成將數(shù)據包從本地網絡設備送出／取出的操作。
2．3 文件配置
由于RTL8019兼容NE2000網卡芯片，只需要在其基礎上完成必要的修改。首先將Tornad02．2＼target＼src＼drv＼end目錄下的ne2000End．c和Tornado2．2＼target＼h＼drvend目錄下的ne2000End．h拷貝到bsp目錄下，然后修改以下文件。

(4)修改configNet.h

在endDevTb1[]表中添加新的裝載函數(shù)(其函數(shù)命名格式為xxLoad())入口點及相關參數(shù)。

④在sysHwInit()中添加RTL8019芯片的復位和初始化函數(shù)。相關代碼如下(有關寄存器的宏定義請參照RTL8019數(shù)據手冊)：

結語
本文在VxWorks嵌入式實時操作系統(tǒng)下，提出了網絡接口的解決方案，即ARM7(S3C4480)為核心CPU，控制網絡控制器TRL8019實現(xiàn)網絡通信。本文首先簡單介紹了幾款主要芯片，給出了硬件原理圖；然后簡要分析了VxWorks下的網絡協(xié)議和驅動裝載過程；最后，針對此網絡接幾，詳細列出了VxWorks下文件配置過程，提供了部分軟件源程序，對開發(fā)人員有一定的參考價值。