（凝聚态物理专业论文）嵌入式tcptp协议栈实现和asic前端设计.pdf

四川太学硕士论文喝54 6 9 5 论文题目：嵌入式t o p l p 协议栈实现和a s i c 前端设计 摘要 t c p i p 是国际互联网i n t e m e t 按入的标准协议。论文对i n t e m e t 的接入标 准f c p 口进行了研究。通过合理取舍t c p t p 协议的功自模块，实现了一个简 化的但具备较完整功能的t c p i p 协议栈，使其能在一个没有操作系统支持的 硬件系统中稳定运行。并以此t c p i p 协议栈为基础，实现了一个远程视频监 控系统的设计。涉及的工作包括t c p i p 协议栈的c 代码实现，远程监控系统 的硬件设计和调试，运行在p c 上的接收程序的编写和调试。 以设计的嵌入式t c p i p 协议栈为基础，在远程监控系统中实现了较高层 的应用支持，包括动态即地址获取和s m t p 邮件发送的支持。 针对t c p i p 的分层特点，以设计的嵌入式t c p i p 协议栈基础，论文研 究了t c p i p 盼议栈的a s i c 硬件实现。对硬件实现的各个功能模块进行了划分， 并使用v e r i l o gh d l 对硬件的各个功能模块进行了设计。在m o d e l s i m 建立 的测试环境中的仿真表明，所设计的硬件具备了t c p z i p 协议的基本功能，达 到了设计要求。 【关键词1 t o p i p 、d h o p 、s m t p 、a s l o 、综合、门级仿真 【论文类型】应用研究 噼川大学硕士论文 t i t l e ：e m b e d d e d t c p i ps t a c k r e a l i z a t i o na n da s i c f r o n t - e n d d e s i g n a b s t r a c t t c p i pi st h es t a n d a r dp r o t o c o lf o rc o n n e c t i n gt oi n t e r n e t i nt h i st h e s i s ， t h ed e t a i l so ft c p i pi ss t u d i e da n da s i m p l et c p i ps t a c ki sr e a l i z e dt or u ni na h 0 3 d w a l es y s t e m - i t i l o m o p e r a t i n gs y s t e ms u p p o r tb ya b o n d i n gs o m ef u n c t i o n s t h e t c p i ps t a c kr u n ss m o o t h l ya n dar e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mi sd e s i g n e db a s e do i li t t h ew o r ki n v o l v e di nt h i sd e s i g ni n c l u d e s r e a l i z i n gt h et c p i ps t a c ki nc - c o d e , d e s i g n i n g a n d d e b u g g i n g t h eh a r d w a r e s y s t e m , d e s i g n i n g a n dd e b u g g i n gt h e m c e i v m g p r o g r a m f u r l si np c b a s e do nt h et c p ps t a c k ，n l o r eh i 曲l e v e l a p p l i c a t i o n sa r er e a l i z e di nt h er e m o t e m o n i t o r i n gs y s t e m ，d h c pa n ds m t p a r er e a l i z e ds ot h a tt h ef u n c t i o no f d y n a m i c i p a d d r e s s c o n f i g u r a t i o na n d e r n a i ls e n d i n gf i l es u p p o r t e d o nt h eb a s i so fe m l ：e _ a d e dt c p i ps t a c kr e a l i z e di n c - c o d e ，a c c o r d i n gt o t h e s p a t i a l i t yo fl a y e rd i v i d i n go ft c p i pp r o t o c o l s ，ah a r d w a r ei m p l e m e n t a t i o n0 1 3 t c p i pi sd e s i g n e dq h e v e r i l o gh d ld e s c r i p t i o no f t h eh a r d w s i m p l e m e n t a t i o n a r e p r o g r a m m e da n ds y n t h e s i z e d t h ef u n c t i o no f t h eg a t e - l e v e ln e t l i s ta l t e rs y n t h e s i si s v e r i f i e di nm o d e l s ma n dt h er e s u l t so ft h es i m u l a f t o ni n d i c a t e st h a tt h eh f l l , d w d r e i m p l e m e n t a t i o n m e e t st h ed e s i g nr e q u i r e m e n t k e yw o r d s t c p i i p 。d h c p 。s 町p a s i c ，s y n t h e s i s g a t e - j e v ejs j i ，u l a t i o n t y p eo ft h e s i s 】 印ii c a t i o nr e s e a r c h i i 四川大学硕士论文 第一章绪论 1 1 论文研究的意义 随着科学技术的飞速发展，计算机网络己经进入了人们生活的各个领域。 i i v f e r n e t 的普及和应用，正在迅速的改变着人们生活、学习和工作的方式。 t c p i p 协议作为i n t e r n e t 的基础，已经得到了广泛的研究和应用。 互连网已经在p c 的系统中得到了普及和应用。随着网络的进一步发展， 越来越多的非p c 的系统也提出了巴网的要求。这其中包括各种手持设备，如 手机。各种数字家电，如网络音响等。非p c 的设备的处理器功能通常并不是很 强，存贮空间也有限，而且并不是所有的嵌入式系统都有操作系统的支持。即 使是有操作系统支持的嵌入式系统，t c p i p 协议栈也将会占用可观的系统资 源。因此，研究如何将t c p i p 协议栈以最小的代价在嵌入式系统中实现将有重 要的意义。 为了提高嵌入式系统网络接入的方便程度，并且解放c p u ，使c p u 能更 专注的处理其它事务，研究硬件实现的t c p i p 协议栈具有重要的意义。随着 集成电路设计和制造技术的不断进步，当今集成电路已经进入片上系统s o c 的阶段，即要在一块芯片上实现一个完整系统的功能，而作为i n t e m e t 接入的 标准协议，t c p i p 协议栈必然会是具备网络接入功能的s o c 系统的不可或缺 的一部分。从这个意义上讲，研究t c p i p 协议栈的硬件实现将具有重要的现 实意义。 1 2 论文研究的内容 本论文通过研究t c p i p 协议栈的功能模块，以较小的代价在一个没有操作 系统支持的远程视频监控系统中实现了t c p i p 协议栈的功能。并且使设计的 t c p i p 协议栈在远程视频监控系统中得到稳定的运行，使基于i n t e r n e t 的 远程视频监控得以实现。 本设计中t c p i p 协议栈的功能主要用c 代码实现。t c p i p 协议栈c 代码 的编写和调试是本次设计中的工作的重点。涉及的工作还包括系统硬件电路的 设计和调试。p c 端接收程序的编写和调试等。 四川太学硕士论文 d h c p 在目前以太网的管理中得到广泛的应用。它为网络结点的m 地址分 配，以及网关、子网掩码、d n s 服务器i p 地址等网络配置信息的自动配置提 供了有效的支持。在本系统的设计实现中也提供了d h c p 的支持，以t c p i p 胁议栈为基础，实现了d h c p 客户端的功能。 e m a i l 是目前i n t e r n e t 上使用最多的信息传递方式。以本设计中的 t c p i p 协议栈为基础，在本设计的嵌入式系统中还实现了s m t p 协议，从而为 使_ i je m a i l 这种方便快捷的信息传递方式提供了支持。并且在实现系统中以 e m a i l 附件的方式，成功的发送了系统采集的静态图像。 以本设计中实现的嵌入式t c p i p 协议栈为基础，在t c p f f p 协议栈的硬件 实现上也进行了研究，并完成了自惴的设计和仿真。其中的工作包括：1 ) 模块 划分。2 ) 使用v e r i l o gh d l 对各个模块进行设计。3 ) 对硬件电路进行综合。4 ) 建立测试环境，对硬件电路进行前期功能仿真和门级电路的后仿真。 1 3 论文的章节安排 本论文在结构上共分为七章。 第一章( 即本章) 为绪论，介绍了论文研究的目的、内容和章节安排。 第二章简要介绍了t c p i p 协议的基本概念和原理。 第三章是本论文的重点，着重介绍了嵌人式系统中t c p ) 协议栈的各个功 能模块。并介绍了实现各个功能模块时需要考虑的问题，以及对功能的合理取 舍。 第四章介绍d h c p 协议和在系统中的实现。重点介绍了d h c p 客户端的实 现。 第五章介绍了s m t p 协议和e m a i l 的发送过程。对电子邮件的发送过程 的细节进行了剖析，并介绍了设计系统中的实现结果。 第六章介绍了t c p i p 协议栈的a s i c 前端设计。本章以前几章所实现的嵌 入式t c p i p 协议栈为基础，研究了t c p 1 p 的硬件实现。 第七章是全文的总结，概括了作者在本次毕业设计中所做的主要工作和课 题的意义所在，同时提出了进一步工作的方向和需要解决的问题。 四川大学硕士论文 第二章t o p l p 协议简介 2 1 引言 t c p i p 协议是计算机系统接入互联网i n t e r n e t 的标准协议，它规定了互 联网中主机之间进行通信的标准和方法。t c p i p 并不是一个单一的协议，而是 由数卜个具有一定层次结构的协议集组成。t c p s n i p 是这个协议族中最重要的两 个协议，所以整个协议族通常简称为t c p i p 。t c p i p 起源于6o m 代末美国政府 资助的一个分组交换网络研究项目，到9o 年代己发展成为训算机之间最常应用 的组网形式。它一开始并不是作为标准制订的，随着i n t e n 埘的流行，t c p i p 已 经成为事实匕的标准。现在几乎所有的操作系统都支持t c p i p 协议，这样基于 不同平台的计算机都可以通过亿p i p 协议实现相互问的通信。同时它是个真 j f 的开放系统，因为协议族的定义及其多种实现可以不用花钱或花很少的钱就 可以公开地得到。t c p i p 协议被称作“全球互联网”或“因特网( i n t e r n e t ) ” 的基础。 2 2 t o w l p 网络的分层模型 图2 一l 为t c p i p 网络的分层模型。t c p 仰协议按协议功能上的区别将 整个协议族分为4 层，从上到下依次为应用层、传输层、网络层和链路层。每 个协议层都为其上层提供通信服务，同时使用下层的服务。各个协议层都对其 上各层隐藏了底层的实现细节。也就是说，各层使用下层的服务时，可以将下 层看成一个“黑箱”，所需要关心的只是各层之f 叫的接口，而不必关心其内部结 构和实现。通过这种方式，网络设计人员可以建立具有良好接口的功能模块。 应用层位于t c p i p 网络分层模型的最上层，它直接与应用程序打交道， 与应用程序连接最为紧密，因此被称为应用层。t c p i p 协议族为互联网中的一 些常用的应用制定了相应的通信标准和方法，这些通信标准和方法称为应用协 议，例如超文本传输协议( h t y p ) ，电子邮件( s m t p 和p o p ) ，文件传输( f t p ) 等。应用层就是这些常用的应用协议的集合体。严格的洗，这些应用协议不能 算做t c p i p 的一部分，因为这些应用协议在结构上已经成为应用 呈序的一部 分，而且用户也完全可以跨过应用层，直接在传输层上建立自己的专用应用程 四川太学项士论文 序，直接使用t c p 和u d p 提供的服务。但是t c p i p 协议族为这些常用的应用 制订了相应的标准，所以也把它们作为t c p i p 的一个组成部分。 传输层主要包括t c p 协议和u d p 协议。它为应用程序传来的数据提供 传输服务，这是它被称为传输层的原因。传输层负责将应用层传柬的数据打包 封装成适合发送的分片，然后交给网络层处理。同时，传输层还对数据传输的 正确性和完整性进行必要的控制，例如t c p 协议和u d p 协议对每一个传输的 数据报都附带校验和，接收端用此校验和来校验接收到的数据的正确性：t c p 协议对数据的传输提供了超时重传控制和确认机制等。传输层为应用程序提供 数据传输服务，同时对应用程序屏蔽了下层通信的细节，从而使建立在传输层 上的应用程序的网络通信变得非常的简单。区i 为系统中通常都有多个应用程序 要使用传输层的服务，所以传输层要在所传输的数据中加入信源和信宿应用程 序的信息，以区分不同的应用程序。基于这种考虑，传输层为使用其服务的每 一个应用程序都提供了一个编号，这个编号就是常说的“端口”。 应用屡阿磊习际磊卿f i 鬲习际石司 l t 一一1 r 一。1 一r 一 i 工 传辅麒h h ! 厂胡 气。 。 一精后l ! _ 一 r 一一l _ j _ 叫! _ pl _ _ - 晤；酉司 工 r _ 1 lr 链路雇ia r p _ 卜_ 刊硬件接i j 卜一叫叫r a r p i o 。 r 一一 覃 图2 - 1t g p i p 协议栈的分层模型 网络层位于传输层和链路层之间。它被称为刚络层是因为它的主要功能 是对数据在网络中的传输进行控制，例如规定数据包传输的目的i p 地址和源i p 地址，规定数据包在传输过程中允许通过的最大路由器数目等。网络层包括网 四川上学项士论文 际协议( 口) 、网际控制报文协议( 1 c m p ) 和网际组管理协议( i g m p ) 。i p 协 议是整个网络层的核心，传输层的t c p 和u d p 都使用妒仂议提供的服务。 i c m p 和i g m p 是为i p 提供支持的附加协议，主要负责帮助p 管理特殊信息， 如差错控制信息和多播信息。网络层也被称为p 层。 链路层是t c p i p 协议族分层模型的最底层，它是直接与硬件打交道的一 层。它的主要功能是负责接收网络层数据报并通过传输线发送，或者从传输线 二接收数据帧，从中耿出数据报，交给网络层。链路层除包含硬件驱动接口外， 还包含a r p ( 地址解析协议) 和r a r p ( 逆地址解析协议) 。a r p 和r a r p 是 某些网络接口( 如以太网和令牌环网) 中使用的特殊协议，用来转换i p 层和网 络接口层使用的地址。 图2 - 2 协议栈的数据通信流程 协议分层的存在使得各层间可阻进行透明的通信，但又不必关心下层协 议的实瑚细节。图2 - 2 为局域网中两台运行f t p 协议的主机之削的数据通信。 图中一方为f t p 服务器，另一方为客户( 网络中大部分的应用程序都没计成客 户服务器模式) 。图中虚线表示两台主机间的逻辑通信，实线表示实际的数据 流向。f t p 应用层的程序相互间通信遵循f t p 的协议，但下层协议实现的细节 应用程序可以丝毫不用关心。这就是协议栈分层带来的好处。 四川太事项士论文 2 3 t c , p ip 协议栈数据的封装和分用 2 3 1 t o p i p 协议栈数据的封装 塑! 塑塑 i ： ： _ _ i i 斗 坚! ! 堕塑sj 里! 塑塑j 图2 t c p 数据包的封装过程 当应用程序使用t c p i p 协议栈发送数据时，实际上就是一个逐级打包和 封装的过程。数据从应用层一直到链路层，每一层都对从上层接收到的数据加 上些首部信息( 有些还有尾部信息) ，最终封装后的数据以一串比特流的形式 发送到网络上。图2 3 为数据通过t c p 协议在以太网上发送的封装过程。使用 u d p 等其他协议的过程与之类似。 由于系统中可能有多个应用程序要使用至盯c p 或l j d p 的服务，因此在t c p $ i j l r d p 的首部中都有一个1 6 b i t 的字段用来标识不同的f 鲷程序，这个字段叫做 端口。 从图2 ，1 的t c p i p 分层模型中可以看出，t c p 、u d p 、i c m p 、i g m p 都要 向i p 传送数据，因此需要在生成的伊头中加入某种标识，以表明数据来自于何 种协议。在妒首部中有一个8 b i t 的字段，称做协议域。其中1 表示为i cmp 协议， 2 表示为i g m p 协议，6 表示为t c p 协议，17 表示为u d p 协议。 类1 以地，网络接口要发送i p 报文、a r p 报文和r a r p 于艮文，因此在必须在以 太网的首部中加入某种标识，以表明发送的以太帧数据属于何种协议。为此， 四川太晕项士论文 在以太帧首部中也有个1 6 b i t 的帧类型标识。 图2 3 所示的以太帧还有一个尾部。这是3 2 b i t 的c r c 校验。用来检验以太 帧数据的完整性。 2 3 2 t c p i p 协议栈的数据分用 进入的以太网帧 图2 - 4t c p i p 协议的分用过程 当目的主机接收到一个以太帧数据时，数据开始在协议栈中由底向上升。 同时依次去掉各层协议加上的首部。每层仂议都对属于本层的首音b 进行处理， 并且检测协议首部中的协议标识，以确定出接收数据的上层协议，然后将数据 交给相应的上层协议进行处理。这个过程称做分用( d e m u l f i p l e x i n g ) ，与数据 封装是一个刚好相反的过程。图2 - 4 为一个以太网帧的解包过程，它表明了分 用的过程是如何发生的。 四川大学项士论文 2 4 r f c 文挡 在这劓i 陨便提一下r f c 文档。所有关于i n t e m e t 的正式标准都以r f c ( r e q u e s t f o r c o m m e n t ) 的文档出版。因此查询r f c 文档可以获取到所有 办议 的定义。此外，大量的r f c 并不是j f 式的标准，出版的目的只是为了提供信息。 r f c 的篇幅从1 页到2 0 0 页不等。每一项都以一个数字来标识。如r f c l l 2 2 ， 数字越大，表示文档的内容越新。所有的r f c 都可以从i n t e r n e t 上免费获 取。 四川太学项士论文 第三章嵌入式t o p ip 协议栈实现 3 1 实现验证系统设计 3 1 1 系统概述 嵌入式t c p i p 协议栈如何设计和实现，与其所运行的系统有很大关系， 所以我们先介绍本设计中t c p i p 协议栈运行的系统。一个完整的t c p i p 协议 族是比较庞大的，同时嵌入式系统的可用资源往往又是有限的。因此，必须根 据系统所需要实现的功能和系统可用的资源，对t c p i p 协议栈进行合理的取 舍，使其能以最小的代价实现所需的功能。 以太网 图3 1 远程视频监控系统原理框图 图3 1 为运行本设计中的t c p i p 协议栈的实现验证系统的框图。整个系 统为能够在1 n t e r n e t 上实现远程图像监控的系统。图像的发送端是个非 p c 的硬件系统，其主要控制和处理芯片是美国1 1 公司的通用d s p 芯片 1 m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 。数据的处理过程如下： 1 电脑眼完成图像数据的采集和a d 转换。系统设计中使用的电脑眼 为西安开元微电子设计中心自主开发的c o m s 黑白电脑眼。 2 d s p 芯片t m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 将a d 转换后的图像阵列数掘读入，然后 将数据压缩编码。 9 四川大学硕士论文 3 压缩编码后的待发送图像数据交由t c p i p 协议栈打包处理后，经由 r 一块以太阿卡芯片r t l 8 0 1 9 a s 发送到以太网卜= ，通过以太网送入 i n t e r n e t 。 4 图像数据的接收由连接在i n t e r n e t 上的一台p c 完成。运行在p c 上的接收程序完成图像数据的接收，解码和重现。 3 1 2 图像采集和发送端硬件电路设计 一。1 。一 l网卡芯hl r t l s 0 19 a si l “。 一 告主 以太刚 图3 _ 2 硬件电路谢t 椰 图3 2 为本设计中远程视频监控系统图像采集和发送端的硬件框图。各个 模块介绍如下： 1 主处理芯片。主处理芯片t m s 3 2 0 v c 5 4 吃( 以下简称5 4 0 2 ) 为耵公司 的一款性价比非常优越的通用定点d s p 芯片( d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r , 专用于 数字信号处理的高性能处理器) ，它采用程序区和数据区分开的改进哈佛结构， 内部采用多总线结构，使得程序区和数据区的访问可以并行进行而不互相影响。 再加上它的单周期乘加指令和流水线设计，使5 4 0 2 具有很强的数据处理能力。 加上由于价格适中，5 4 0 2 具有很高的性能价格比，因而得到广泛的使用。 2 外接刊的m 用来存贮一些系统配置数据，包括以太网接口的m a c 四i i i 太学硕士论文 硬件地址，i p 地址、网关、子网掩码、远程监控验证的密码等。e e p r o m 使 用1 2 c 总线的协议与5 4 0 2 通信。由于5 4 0 2 并没有专用的1 2 c 总线接口，所以 r c 总线的通信协议由5 4 0 2 控制两条i o 线来实现。 3 其它的一些外l 薹i 器件的功能。i m a g es r a m 是系统为存贮图像数搌而 扩展的外部s r a m 。电脑眼采集到的图像数据先暂存到此处。在进行编码压缩 时从s r a m 中读出。e p r o m 中存贮的为5 4 0 2 的程序代码。5 4 0 2 上电启动时， 程序从e p r o m 加载到内部程序区中运行。5 4 0 2 使用这种机制是因为内部r a m 的存取速度要远大于e p r o m 的存取速度，程序在内部r a m 中能够得n 全- i g 运行。j t a g 仿真接口外接仿真器，在设计阶段用来对5 4 0 2 的运行进行调试， 加快程序丌发。 图像发送端的硬件系统中，以太网卡芯片实现与以太网e t h e r n e t 的接 i _ 。但t c p i p 协议栈的绝大部分功能，包括以太帧的构建和处理，仍然运行 在d s p 芯片5 4 0 2 上。同时，5 4 0 2 还必须完成对网卡芯片的驱动控制。运行在 d s p 芯片上的程序，实现的功能包括图像数据采集、数据压缩编码、t c p i p 协 议栈、网卡芯片驱动控制以及一些外围器件的控制等。整个设计中可用的程序 空间为d s p 芯片内部的1 6 k 空间，这其中还有部分空间要做为数据存贮区使 用。因此整个系统的程序空间非常紧张。系统没有操作系统的支持( 毫无疑问， 操作系统会耗掉更多的资源) 。因此，在此硬件系统中实现的t c p i p 协议栈必 须在实现所需功能的前提下，尽可能精简，以节省系统资源。 3 1 3 基于p c 的图象接收端软件 验证系统的接收端是一台接入互联网的p c 。运行在接收端电脑一l 的接收 捌芋完成与图像发送端的连接控制，图像数据的接收、解码和重现等功能。 基于目前用户的普遍眭。我们选择在w i n d o w s 系统中开发接收端软件。 软件的编写主要使用v b 和v c + + 的开发环境来完成。由于在w i n d o w s 系统 中集成了w i n s o c k 套接字，通过调用w i n s o c k 套接字就可以比较容易的 实现网络连接控制和接收网络数据的功能，之后就可以对接收到的数据进行处 理。有关w i n s o c k 套接字和接收端软件的编写吖i 再详述。 四川大学硕士论文 3 2 链路层协议实现 从图2 - 1 中的t c p i p 协议分层模型中可以看出，链路层包括硬件接r 、 a r p 和r a r p 协议。此设计中网卡芯片r t l 8 0 1 9 a s 提供以太网的接入，因此 硬件接口主要就是要完成对网卡芯片的驱动控制。 3 2 1 链路层的硬件接口 3 2 1 1 网卡读写时序 由于没有受到w i n d o w s ，u n i x 等常用操作系统的保护机制的限制( 保 护机制不允许应用程序直接访问硬件) ，在此系统中完成网卡的驱动控制相对而 吉比较简单。需要完成的功能主要包括网卡的初始化，d m a 方式发送以太帧 和d m a 方式读取网卡收到的以太帧。这些功能最终都是通过读写网膏中的寄 存器来完成的。r t l 8 0 1 9 a s 网卡的读写时序如图3 3 所示。由图示的时序可知， 网卡芯片的读写时序和d s p 芯片5 4 0 2 访问外部r a m 和1 0 空间的操作时序兼 容，所以d s p 可以直接实现对网卡的读写( 由于网卡的速度稍慢，在d s p 读 写时需加上一定的等待周期) 。此次设计中，将网卡的地址映射到d s p 的i o 寻 址空问，从而通过d s p 的1 0 空间实现对网卡的读写操作。 a e n s a 0 1 l i o c s l 6 b i o r b 1 0 w b i o c h r d y s d 0 - 1 5 ( r e a d ) s d 0 - 1 5 ( w r i t 曲 图3 - 3 网卡读写时序图 3 2 1 2 网卡初始化 网卡在开始正常工作之前，需要先进行初始化。网卡初始化的工作主要 就是对网卡的各个寄存器进行初始设置、分配发送和接收缓冲区等。表3 1 为 四川太学项士毪文 设计冲网卡初始化各个寄存器的初始值。有关各个寄存器的详细说明可参阅参 考文献【4 】。这罩玎= ：再详细介绍。 寄存器名值寄存器名值 p a g e 0f ) ) c 0 0 2 1升此0 x 0 3 4 5 r b c r 00 x 0 a 0 0r 蝴0 x 0 4 6 b r b c r l0 x 0 8 0 0h 州0 x 0 5 7 8 p 孽r a r t0 x 0 1 4 6p a r 50 x 0 6 9 c p s i o p8 0cl j r r0 x 0 7 4 6 b n r y0 x 0 3 4 6m a r 00 x 0 8 f f r i p s r0 x 0 4 4 0m a r lf t j r c r帆0 c c 4m a r 20 x 0 a f f t c r0 x 0 d e 0m a r 3m 0 0 b h ? d c r0 妯e c 9m a r 4o ) c o c f f 1 s r( 1 ) ( 0 7 f fm a r 50 x ? i m r西册fm a r 6 o x 0 e f f p a g e l0 】d 0 0 6 fm a r 70 ) ( 0 f f f 升0 x o l l 2e a 砥0 x 0 0 2 2 p a r l帆0 2 3 a 表3 - 1 初始化网卡寄存器中的内容 3 2 1 3 网卡发送以太帧 网卡的d m a 数据发送操作完成的主要功能就是发送已经构造好的以太 帧。发送以太帧时的数据转移过程主要分两步：1 ) 将已经构造好的以太帧数据 写入网卡的发送缓存。2 ) 启动网卡发送，将数据从网卡发送缓存送入以太网。 r t l 8 0 1 9 a s 内部共有1 6 k 的r a m 作为发送和接收缓冲区使用。1 6 k 的r d l t l 地址从0 x 4 0 0 0 - 0 x 7 f l f , 从页0 x 4 0 到页0 x 7 f , 一共有6 4 页。通常将前面1 2 页 做为发送缓冲区使用。网卡发送操作的过程可以由图3 _ 4 来表示。 竺! ：l 查兰! 兰苎 弓寄存器r s a r l o 和r s a r h l 这两个寄存器给出了嘲 d m a 。一；入的初始地址 r s a r l o 为低8 位，r s a r h i 为高8 位 t t ；寄存器r c n t l o 乖1r c n t h i 这两个寄存器给出了d m a l j 入的数捌的长度 r c n t l o 为长度的低8 何，r c n t h i 为高8 位 j 命令寄存器c r ，启动刚卜d m a ；操作 d m a 操作将数据写入嘲卡发送缓存 0 1 ；命令寄存器c r ，关闭叫卡d m a 写发送起始页地址寄存器t p s r 给出将要发送到以太网的缓存区数据的起始页地址 写寄存器t c n t l o 和t c n t h i 这两个寄存器给出了将要发送的以太帧的数据长度 t c n t l o 为低8 位t c n t h i 为高8 位 存器c r ，启动列卡发送数据到以 图3 - 4 发送以太帧流程 3 2 1 4 网卡接收以太帧 网卡的数据接收操作比发送操作稍微复杂一点，其完成的功能主要就是将 网卡接收到的以太帧数据读入d s p 。网卡的数据接收操作主要由4 个寄存器来 控制，这4 个寄存器为：p s t a r t ，p s t o p ，c u r r ，b n r y 。p s t a r t 和p s t o p 规定了接收缓存在网卡r a m 中的起始页位置和结束页位置，在初始化阿卡时 写入。它们规定了接收缓存的边界。 4 呻川太学项士 文 r 。“。1 。1 。1 。1 。1 、1 1 。 1读入寄存器c u r r 和b n r y 的值1 、= ：二二= 一一一一 n o + d m a 读入缓冲区- 6 i f 4 个字节 没有接收到新数据 得刮数据接收状态，f 。数据帧存贮页指 ；| 和帧长度退出 ! ! 璺二! ! i j ：! ：鍪塑竺i 1 s u r r l = ( s u m & o x 衄d + ( s u n l l 1 6 ) ； s l u n = ( ( w o r d ) s u m ) ； i e t u r ns u m ： 四川夫荦项士论文 3 3 4 i p 地址和子网 【p 地址用来唯一地标识网络上的网络接口。i p 地址菇有3 2 位，通常将i p 地址用4 个点分的卜进制数表示。如1 9 2 1 6 8 o 1 ；最初的口地址只分为两段， 如图3 1 0 ( a ) 所示。高位部分字节作为网络号，表示主机所属的网络；低位字节 作为主机号，唯一的标识主机接口。按照网络号的起始位，i p 地址可以分为a 、 b 、c 、d 、e 五类。见图3 - 5 。a 类地址以“0 ”作为地址起始，使用一字节 表示类型和网络号。b 类地址以“1 0 ”作为地址起始，使用最多两字节表示 类型和网络号。c 类地址以“11 0 ”作为地址起