第8章计算机网络接口

第8章计算机网络接口西安交通大学计算机系桂小林Wednesday,February1,202318.1以太网络接口的基本概念8.2RTL8019AS以太网接口控制器8.3DM9000A以太网接口控制器==================9.1PS/2键盘接口9.2显示器接口目录2桂小林，微机原理与接口概述计算机网络接口已经成为计算机系统的常用接口之一。互联网络是广泛使用的计算机网络，其核心是以太网。本章首先介绍以太网接口的基本概念，包括帧结构、RJ45连接器及其接线方法；然后介绍微型计算机中使用最多的以太网接口控制芯片RTL8019的原理与编程结构；最后介绍一种嵌入式系统使用广泛的以太网接口控制芯片DM9000A的原理、结构及其应用编程。3桂小林，微机原理与接口计算机网卡4桂小林，微机原理与接口8.1以太网络接口的基本概念以太网（Ethernet）具有共享介质特征，信息采用明文的形式在网络上传输，当网络适配器设置为监听模式时，由于采用以太网广播信道争用的方式，使得监听系统与正常通信的网络能够并联连接，并可以捕获任何一个在同一冲突域上传输的数据包。IEEE802.3标准的以太网采用的是持续CSMA的工作方式。5桂小林，微机原理与接口8.1.1以太网MAC层物理传输帧PR：用于同步位，是收发双方的时钟同步，也指明了传输的速率（10M和100M的时钟频率不一样，所以100M网卡可以兼容10M网卡），是56位的二进制数10101010，1010.....，共7个字节的AAHSD:分隔位,表示下面跟着的是真正的数据,为8位的10101011,跟同步位不同的是最后2位是11而不是10.DA:目的地址,以太网的地址为48位(6个字节)二进制地址,表明该帧传输给哪个网卡.SA:源地址,48位,表明该帧的数据是哪个网卡发的,即发送端的网卡地址,同样是6个字节.6桂小林，微机原理与接口TYPE：类型字段，表明该帧的数据是什么类型的数据，不同的协议的类型字段不同。如：0800H表示数据为IP包，0806H表示数据为ARP包，814CH是SNMP包,8137H为IPX/SPX包，（小于0600H的值是用于IEEE802的，表示数据包的长度。）DATA：数据段，该段数据不能超过1500字节。因为以太网规定整个传输包的最大长度不能超过1514字节。（14字节为DA，SA，TYPE）PAD：填充位。由于以太网帧传输的数据包最小不能小于60字节,除去（DA，SA，TYPE14字节），还必须传输46字节的数据，当数据段的数据不足46字节时，后面补000000.....(当然也可以补其它值)FCS:32位数据校验位.为32位的CRC校验,该校验由网卡自动计算,自动生成,自动校验,自动在数据段后面填入.对于数据的校验算法,我们无需了解.7桂小林，微机原理与接口事实上PR、SD、PAD、FCS这几个数据段是由网卡自动产生的；只需要理解DA、SA、TYPE、DATA四个段的内容。所有数据位的传输由低位开始(传输的位流使用曼彻斯特编码)，以太网的冲突退避算法是由硬件自动执行的。DA+SA+TYPE+DATA+PAD最小为60字节，最大为1514字节。以太网卡可以接收三种地址的数据，一个是广播地位，一个是多播地址，一个是它自已的地址。8桂小林，微机原理与接口从硬件的角度看，以太网接口电路主要由MAC控制器和物理层接口（PhysicalLayer，PHY）两大部分构成。目前常见的以太网接口芯片，如RTL8019、RTL8029、RTL8139、CS8900、DM9000A、DM9008等，其内部结构也主要包含这两部分。9桂小林，微机原理与接口在嵌入式系统中，与常规的PC计算机网卡设计思路不同。因为嵌入时系统中通常不考虑ISA、PCI总线接口，因此，嵌入式系统的以太网络接口是一个精简接口。图8-1给出了嵌入式系统中以太网接口电路的一般框图。其中包括嵌入式微处理器、以太网络芯片、隔离变压器和RJ45插座四部分。10桂小林，微机原理与接口8.1.2以太网RJ45引脚定义及接线方法10/100Base-T以太网采用RJ45连接器。RJ45接口通常用于数据传输，共有八芯做成11桂小林，微机原理与接口RJ45连接器根据线的排序不同分为两种方法，一种是T568A标准，线的顺序是橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕；另一种是T568B标准，线的顺序是绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕。根据上述两种标准，RJ45连接器的连接方法也有两种：直通线（两端使用同一种标准）、交叉线(两端使用不同标准，即线1与线3交换，线2与线6交换)。

1234567812桂小林，微机原理与接口当PC计算机与PC计算机间实现网络互联时，采用交叉线模式，即一端采用T568A标准，另一端采用T568B标准。表8-3给出了PC与PC间的RJ45连接方法。表8-3给出了RJ45连接器各引脚的信号定义。13桂小林，微机原理与接口8.2RTL8019AS以太网接口控制器以太网接口控制器RTL8019AS是台湾REALTEK公司设计开发的一种高集成度的全双工以太网控制芯片，内部集成了PC机系统总线ISA接口，方便连接，也是支持即插即用式NE2000兼容网络适配器支持芯片。该芯片具有三级低功耗特性，适用于要求低功耗的嵌入式单片机系统。14桂小林，微机原理与接口15桂小林，微机原理与接口8.3DM9000A以太网接口控制器由于RTL8019AS芯片是支持ISA总线的以太网络驱动芯片，仅支持10Mbps的传输速度。在嵌入应用系统中，ISA总线驱动部分通常不使用，因而这些引脚和内部电路就不能发挥作用。因此，台湾的DAVICOM半导体公司开发了一款适合嵌入式系统应用的10/100Mbps自适应的以太网驱动芯片DM90000A。16桂小林，微机原理与接口8.3.1DM9000A的内部结构与引脚功能DM9000A的内部结构包括：MAC控制器、PHY接口、LED接口、EEPROM接口和微处理器接口等5部分17桂小林，微机原理与接口DM9000A的引脚功能（1）PHY接口引脚SD：输入，光纤信号检测，说明光纤接收偶对是否接收到有效电平RXVDD25：电源输出，2.5V供给TPRX使用TXVDD25：电源输出，2.5V供给TPTX使用RX+：双向I/O，差分TPRX输入正端RX-：双向I/O，差分TPRX输入负端TX+：双向I/O，差分TPTX输入正端TX-：双向I/O，差分TPTX输入负端18桂小林，微机原理与接口DM9000A的引脚功能（2）微处理器接口引脚CS＃：片选信号，输入低有效，通常接译码器输出。在嵌入式应用系统中，一般采用线译码方式；IOR#：外设读信号，输入低有效，通常接微处理器的读引脚。IOW＃：外设写信号，输入低有效，通常接微处理器的写引脚。CMD：地址/命令信号，用来区分访问的寄存器类型。通常和微处理器的低位地址线连接（如A0）。由于DM9000A的内部寄存器较多，访问每个寄存器设置一个I/O地址不现实，因而，采用间接访问内部寄存器的方法，即先选择要访问的寄存器编号（Index），然后访问该编号的寄存器内容。访问一个寄存器需要两次I/O访问。CMD＝0选定寄存器编号，CMD＝1访问寄存器数据。19桂小林，微机原理与接口DM9000A的引脚功能（2）微处理器接口引脚INT：中断请求信号，输出，有效电平通过EECK接线确定，通常连接到微处理器的中断请求输入引脚。SD0～SD7：数据总线低8位，双向，连接到微处理器的低8位数据总线上；SD8～SD15：数据总线的高8位，双向，连接到微处理器的高8位数据总线上。当8位模式时，这些引脚作为通用I/O引脚使用。20桂小林，微机原理与接口DM9000A的引脚功能（3）EEPROM接口引脚提供外接串行EEPROM的能力，通常外接93C46芯片，用于保存MAC地址等信息。共包括三条引脚：EEDIO：双向，内部上拉电阻，是访问EEPROM的数据引脚；EECK：输出，内部上拉电阻，是访问EEPROM的时钟引脚；该引脚也用来设置INT信号有效电平，当外接上拉电阻到高时，INT低电平有效，否则高有效；EECS：输出，内部上拉电阻，是访问EEPROM的片选引脚；该引脚也用来设置8/16位访问模式，当外接上拉电阻到高时，DM9000A工作在8位模式，否则工作在16位模式；21桂小林，微机原理与接口DM9000A的引脚功能（4）LED接口用来提供DM9000A芯片的工作状态指示，包括速度指示、连接指示、通信方式指示等，包括三个引脚。LED1：输出，传输速度指示。低电平时指明网络速度为100Mbps，外接LED指示灯亮；LED2：输出，网络连接/活动指示。网络联通时，该指示灯闪烁；LED3：输出，全双工指示。8位模式时，传输速率10Mbps时为低，外接指示灯亮。22桂小林，微机原理与接口DM9000A的引脚功能（5）其它引脚TEST：输入，芯片测试时使用，正常工作时必须接低电平（地）；PWRST＃：输入，芯片复位引脚，低电平有效，至少5us的低电平才能有效复位DM9000A。23桂小林，微机原理与接口8.3.2DM9000A的编程结构DM9000AE内部拥有16KB的SRAM，该SRAM用于缓冲报文，可以用8位或者16位的方式访问该缓冲区，高缓冲区可以配置成两个独立的缓冲区，即接受缓冲区和发送缓冲区，默认的情况下（当在内部寄存器IMR的bit7设置为1的时候），这两个缓冲区形成两个独立的环状缓冲区。DM9000AE具有76个16位寄存器，这些寄存器可以分为状态类寄存器和命令类寄存器，同时DM9000AE还拥有12个物理层寄存器，用来指示物理层的工作状态和对物理层进行配置。表8-6给出了DM9000A的内部寄存器。24桂小林，微机原理与接口25桂小林，微机原理与接口26桂小林，微机原理与接口27桂小林，微机原理与接口1、状态寄存器和命令寄存器（1）NCR（00H）：网络控制寄存器（NetworkControlRegister）D6：WAKEEN，事件唤醒使能，1使能，0时禁止并清除事件唤醒状态，不受软件复位影响。D5：保留。D4：FCOL，1强制冲突模式，用于用户测试。D3：FDX，全双工模式。内部PHY模式下只读，外部PHY下可读写。D2D1：LBK，回环模式（Loopback），00正常，01MAC内部回环，10内部PHY100M模式数字回环，11保留。D0：RST：1时软件复位，10us后自动清零。（2）NSR（01H）：网络状态寄存器（NetworkStatusRegister）D7：SPEED，介质传输速度，在内部PHY模式下，0为100Mbps，1为10Mbps。当LINKST=0时，此位不用。D6：LINKST，连接状态，在内部PHY模式下，0为连接失败，1为已连接。D5：WAKEST，唤醒事件状态。读取或写1将清零该位。不受软件复位影响。D4：保留。D3：TX2END，TX（发送）数据包2完成标志，写1将清零该位。D2：TX2END，TX（发送）数据包1完成标志，写1将清零该位。D1：RXOV，RX（接收）FIFO（先进先出缓存）溢出标志。D0：保留。28桂小林，微机原理与接口2、PHY寄存器在DM9000A中，还有一些PHY寄存器，也称之为介质无关接口MII寄存器，需要微处理器去访问。这些寄存器是字对齐的，即16位宽。有三个常用的PHY寄存器BMCR（00H）：基本模式控制寄存器（BasicModeControlRegister)ANAR（04H）：自动协商广告寄存器（Auto-negotiationAdvertisementRegister）DSCR（16H）：DAVICOM详细配置寄存器（DAVICOMSpecifiedConfigurationRegister）29桂小林，微机原理与接口8.3.3DM9000A以太网接口设计30桂小林，微机原理与接口31桂小林，微机原理与接口8.3.4DM9000A以太网驱动程序D