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TCPIP知识储备.docx

TCPIP知识储备

#1楼主：

TCP/IP知识储备

文章发表于：

2008-07-0508:

我自己今天找的关于TCP/IP的一些应用资料

最好先看这个

单片机与TCP/IP网络

（一序言）（01/03/21）

（二以太网协议）（01/03/22）

（三）ISA总线（01/03/25）

（四）89C52单片机与网卡接口电路图（01/03/31）

（五）接口电路图详解

（1）（01/04/01）

（六）接口电路图详解

（2）（01/04/01）

（七）网卡上电复位（01/04/01）

（八）网卡初始化（01/04/07）

（九）读取网卡的网卡地址（01/04/07）

（十）设置网卡地址（01/05/23）

（十一）RTL8019ASISA网卡电路图（01/09/13）

（十二）RTL8019AS的跳线方式（01/09/25）

（十三）网卡地址和多点播送（组播）及广播（01/09/28）

（十四）以太网组播地址过滤寄存器MAR0-MAR7的计算（01/10/02）

（15）RTL8019AS,RTL8029AS如何接收一个数据包

（1）

（16）RTL8019AS,RTL8029AS如何读写网卡的RAM

（17）一体化电路图（03/6/15）

（18）如何使用以太网开发板中的调试代码（2006/06/06）

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xieshang

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文章发表于：

2008-07-0520:

51单片机RTL8019AS网卡驱动程序

我的SNMP网管板使用了RTL8019AS10MISA网卡芯片接入以太网。

选它的好处是：

NE2000兼容，软件移植性好；接口简单不用转换芯片如PCI-ISA桥；价格便宜2.1$/片（我的购入价为22元RMB/片）；带宽充裕（针对51）；较长一段时间内不会停产。

8019有3种配置模式：

跳线方式、即插即用P&P方式、串行Flash配置方式。

为了节省成本，我去掉了9346而使用X5045作为闪盘存储MAC地址和其他可配置信息。

P&P模式用在PC机中，这里用不上。

只剩下跳线配置模式可用，它的电路设计参考REALTEK提供的DEMO板图纸。

一天时间就可以完成，相对来说硬件设计比较简单。

与这部分硬件相对应的软件是网卡驱动。

所谓驱动程序是指一组子程序，它们屏蔽了底层硬件处理细节，同时向上层软件提供硬件无关接口。

驱动程序可以写成子程序嵌入到应用程序里（如DOS下的I/O端口操作和ISR），也可以放在动态链接库里，用到的时候再动态调入以便节省内存。

在WIN98中，为了使V86、WIN16、WIN32三种模式的应用程序共存，提出了虚拟机的概念，在CPU的配合下，系统工作在保护模式，OS接管了I/O、中断、内存访问，应用程序不能直接访问硬件。

这样提高了系统可靠性和兼容性，也带来了软件编程复杂的问题。

任何网卡驱动都要按VXD或WDM模式编写，对于硬件一侧要处理虚拟机操作、总线协议（如ISA、PCI）、即插即用、电源管理；上层软件一侧要实现NDIS规范。

因此在WIN98下实现网卡驱动是一件相当复杂的事情。

我这里说的驱动程序特指实模式下的一组硬件芯片驱动子程序。

从程序员的角度看，8019工作流程非常简单，驱动程序将要发送的数据包按指定格式写入芯片并启动发送命令，8019会自动把数据包转换成物理帧格式在物理信道上传输。

反之，8019收到物理信号后将其还原成数据，按指定格式存放在芯片RAM中以便主机程序取用。

简言之就是8019完成数据包和电信号之间的相互转换：

数据包<===>电信号。

以太网协议由芯片硬件自动完成，对程序员透明。

驱动程序有3种功能：

芯片初始化、收包、发包。

以太网协议不止一种，我用的是802.3。

它的帧结构如图1所示。

物理信道上的收发操作均使用这个帧格式。

其中，前导序列、帧起始位、CRC校验由硬件自动添加/删除，与上层软件无关。

值得注意的是，收到的数据包格式并不是802.3帧的真子集，而是如图2所示。

明显地，8019自动添加了“接收状态、下一页指针、以太网帧长度（以字节为单位）”三个数据成员（共4字节）。

这些数据成员的引入方便了驱动程序的设计，体现了软硬件互相配合协同工作的设计思路。

当然，发送数据包的格式是802.3帧的真子集，如图3所示。

有了收发包的格式，如何发送和接收数据包呢？

如图4所示，先将待发送的数据包存入芯片RAM，给出发送缓冲区首地址和数据包长度（写入TPSR、TBCR0,1），启动发送命令（CR=0x3E）即可实现8019发送功能。

8019会自动按以太网协议完成发送并将结果写入状态寄存器。

如图5所示，接收缓冲区构成一个循环FIFO队列，PSTART、PSTOP两个寄存器限定了循环队列的开始和结束页，CURR为写入指针，受芯片控制，BNRY为读出指针，由主机程序控制。

根据CURR==BNRY+1?

可以判断是否收到新的数据包，新收到的数据包按图2格式存于以CURR指出的地址为首址的RAM中。

当CURR==BNRY时芯片停止接收数据包。

如果做过FPGA设计，用过VHDL，可以想象到硬件芯片的工作原理。

此处，设计2个8bit寄存器和一个2输入比较器，当收到数据包时，接收状态机根据当前状态和比较器结果决定下一个状态，如果CURR=BNRY，进入停收状态；反之，CURR按模增1。

8019数据手册没有给出硬件状态机实现方法，说明也很简略，往往要通过作实验的方法推理出工作过程。

比如，ISR寄存器不只和中断有关，当接收缓冲溢出时，如果不清ISR（写入FFH），芯片将一直停止接收。

在流量较大时溢出经常发生，此时不清ISR，就会导致网卡芯片死机。

明白了发送和接收数据包的原理，那么数据包又是怎样被主机写入芯片RAM和从芯片RAM读出的呢？

如图6所示，主机设置好远端DMA开始地址（RSAR0,1）和远端DMA数据字节数（RBCR0,1），并在CR中设置读/写，就可以从远端DMA口寄存器里读出芯片RAM里的数据/把数据写入芯片RAM。

何谓本地/远端DMA呢？

如图7所示，“远端”指CPU接口侧；“本地”指8019的硬件收发电路侧。

没有更深的意思，与远近无关，仅仅为了区分主机和芯片硬件两个接口端。

这里的DMA与平时所说的DMA有点不同。

RTL8019AS的localDMA操作是由控制器本身完成的，而其remoteDMA并不是在无主处理器的参与下，数据能自动移到主处理器的内存中。

remoteDMA指主机CPU给出起址和长度就可以读写芯片RAM，每操作一次RAM地址自动加1。

而普通RAM操作每次要先发地址再处理数据，速度较慢。

在一些高档通信控制器上自带有MAC控制器，工作原理与8019的差不多，比如：

Motorola68360/MPC860T内部的CPM带有以太网处理器，通过设置BD表，使软件和硬件协同工作，它的缓冲区更大且可灵活配置。

这些通信控制器的设计，体现了软硬件互相融合协同工作的趋势：

软件硬化（VHDL），硬件软化（DSP），希望大家关注！

如图7所示，8019以太网控制器以存储器（16K双口RAM）为核心，本地和远端控制器并发操作。

这种体系结构满足了数据带宽的需要。

8019拥有控制、状态、数据寄存器，通过它们，51单片机可以与8019通信。

由于51资源紧张，在实现TCPIP协议栈时不要进行内存块拷贝，建议

（1）使用全局结构体变量，在内存中只保存一个数据包拷贝，其他没有来得及处理的包保存在8019的16KRAM里；

（2）使用查询方式而不用中断；（3）客户服务器模型中服务器工作于串行方式，并发模式不适合51单片机。

芯片内部地址空间的分配如图8所示，其中0x00-0x0B（工作于8位DMA模式）用于存放本节点MAC地址，奇偶地址内容是重复放置的。

如：

MAC地址000012345678存放在0x00-0x0B中为000000001212343456567878，单地址和双地址的内容是重复的.一般使用偶数地址的内容，这主要是为了同时适应8位和16位的dma。

Prom内容是网卡在上电复位的时候从93C46里读出来的。

如果你没有使用93C46,就不要使用Prom，那么使用了93C46后如何获得网卡的地址呢？

有两种方法,一是直接读93C46,二是读Prom。

网卡MAC地址既不由93C46也不由Prom决定，而是由PAR0-PAR5寄存器决定。

Prom只保存上电时从9346中读出的MAC地址（如果有93C46的话），仅此而矣。

网卡MAC地址不是随便定义的，它的组成结构如图9所示。

以太网的地址为48位，由ieee统一分配给网卡制造商，每个网卡的地址都必须是全球唯一的。

共6个字节的长度。

FF:

FF为广播地址，只能用在目的地址段，不能作为源地址段。

目的地址为广播地址的数据包，可以被一个局域网内的所有网卡接收到。

合法的以太网地址第32位组播标志必须为0。

例如：

X0:

XX:

X2:

XX:

X4:

XX:

X6:

XX:

X8:

XX:

XA:

XX:

XC:

XX:

XE:

XX:

为合法以太网地址。

上面的X代表0－F中的任一个。

地址

X1:

XX:

X3:

XX:

X5:

XX:

X7:

XX:

X9:

XX:

XB:

XX:

XD:

XX:

XF:

XX:

为组播地址，只能作为目的地址，不能作为源地址。

组播地址可以被支持该组播地址的一组网卡接收到。

组播地址主要用在视频广播，远程唤醒（通过发一个特殊的数据包使网卡产生一个中断信号，启动电脑），游戏（多个人在局域网里联机打游戏）里等。

以下是一些具体的组播地址：

地址范围

01:

00:

5E:

00:

00－--01:

00:

5E:

7F:

FF:

FF用于ip地址的组播，其他组播地址跟tcp/ip无关，不做介绍。

网卡可以接收以下3种地址的数据包：

第一种目的地址跟自己的网卡地址是一样的数据包；

第二种目的地址为FF:

FF:

FF广播地址的数据包；

第三种目的地址为跟自己的组播地址范围相同的数据包。

在以太网的应用当中，如果你希望你的数据包只发给一个网卡，目的地址用对方的网卡地址；

如果你想把数据包发给所有的网卡，目的地址用广播地址；

如果你想把数据包发给一组网卡，目的地址用组播地址。

其他用到的寄存器：

CR---命令寄存器 TSR---发送状态寄存器 ISR---中断状态寄存器

RSR---接收状态寄存器 RCR---接收配置寄存器 TCR---发送配置寄存器

DCR---数据配置寄存器 IMR---中断屏蔽寄存器 NCR---包发送期间碰撞次数

FIFO---环回检测后，查看FIFO内容

CNTR0---帧同步错总计数器

CNTR1---CRC错总计数器

CNTR2---丢包总计数器

PAR0-5---本节点MAC地址

MAR0-7---多播地址匹配

建议：

将图形中寄存器名称标注上页号和地址偏移（如：

BNRY0页0x03），打印出此图，看图编程，直观且不容易出错。

备注：

收缓冲区、发缓冲区、数据存储区在16K双口RAM里的安排由用户自行决定，只要不引起冲突即可，以下源程序代码实现的只是其中的一种分配方案。

部分源程序清单：

structethernet{

unsignedcharstatus; //接收状态

unsignedcharnextpage; //下一个页

unsignedint length; //以太网长度，以字节为单位

unsignedint destnodeid[3]; //目的网卡地址

unsignedint sourcenodeid[3];//源网卡地址

unsignedint protocal; //下一层协议

unsignedcharpacket[1500]; //包的内容

};

voidne2000init（）//ne2000网卡初始化

{

rtl8019as_rst（）;

reg00=0x21; //选择页0的寄存器，网卡停止运行，因为还没有初始化。

delay_ms（10）;//延时10毫秒,确保芯片进入停止模式

//使芯片处于mon和loopback模式,跟外部网络断开

page（0）;

reg0a=0x00;

reg0b=0x00;

reg0c=0xE0;//monitormode（nopacketreceive）

reg0d=0xE2;//loopbackmode

//使用0x40-0x4B为网卡的发送缓冲区，共12页，刚好可以存储2个最大的以太网包。

//使用0x4c－0x7f为网卡的接收缓冲区，共52页。

reg01=0x4C;//Pstart 接收缓冲区范围

reg02=0x80;//Pstop

reg03=0x4C;//BNRY

reg04=0x40;//TPSR 发送缓冲区范围

reg07=0xFF;/*清除所有中断标志位*/

reg0f=0x00;//IMRdisableallinterrupt

reg0e=0xC8;//DCRbytedma8位dma方式

page

（1）;//选择页1的寄存器

reg07=0x4D;//CURR

reg08=0x00;//MAR0

reg09=0x41;//MAR1

reg0a=0x00;//MAR2

reg0b=0x80;//MAR3

reg0c=0x00;//MAR4

reg0d=0x00;//MAR5

reg0e=0x00;//MAR6

reg0f=0x00;//MAR7

initNIC（）; //初始化MAC地址和网络相关参数

//将网卡设置成正常的模式,跟外部网络连接

page（0）;

reg0c=0xCC;//RCR

reg0d=0xE0;//TCR

reg00=0x22;//这时让芯片开始工作?

reg07=0xFF;//清除所有中断标志位

}

voidsend_packet（unionnetcard*txdnet,unsignedintlength）//ne2000发包子程序

{//发送一个数据包的命令,长度最小为60字节,最大1514字节需要发送的数据包要先存放在txdnet缓冲区

unsignedchari;

unsignedintii;

page（0）;

if（length<60）length="60";

for（i=0;i<3;i++）

txdnet->etherframe.sourcenodeid[i]=my_ethernet_address.words[i];

txd_buffer_select=!

txd_buffer_select;

if（txd_buffer_select）

reg09=0x40; //txdwritehighaddress

else

reg09=0x46; //txdwritehighaddress

reg08=0x00; //readpageaddresslow

reg0b=length>>8; //readcounthigh

reg0a=length&0xFF; //readcountlow;

reg00=0x12; //writedma,page0

for（ii=4;ii

reg10=txdnet->bytes.bytebuf[ii];

for（i=0;i<6;i++）{ //最多重发6次

for（ii=0;ii<1000;ii++） //检查txp为是否为低

if（（reg00&0x04）==0）break;

if（（reg04&0x01）!

=0）break; //表示发送成功

reg00=0x3E;

}

if（txd_buffer_select）reg04=0x40; //txdpacketstart;

elsereg04=0x46; //txdpacketstart;

reg06=length>>8; //highbytecounter

reg05=length&0xFF; //lowbytecounter

reg00=0x3E; //tosendpacket;

}

bitrecv_packet（unionnetcard*rxdnet）//ne2000收包子程序

{

unsignedchari;

unsignedintii;

unsignedcharbnry,curr;

page（0）;

reg07=0xFF;

bnry="reg03"; //bnrypagehaveread读页指针

page

（1）;

curr="reg07"; //currwritepoint8019写页指针

page（0）;

if（curr==0）

return0; //读的过程出错

bnry="bnry"++;

if（bnry>0x7F）bnry="0x4C";

if（bnry!

=curr）{ //此时表示有新的数据包在缓冲区里

//读取一包的前18个字节:

4字节的8019头部,6字节目的地址,6字节原地址,2字节协议

//在任何操作都最好返回page0

page（0）;

reg09=bnry; //readpageaddresshigh

reg08=0x00; //readpageaddresslow

reg0b=0x00; //readcounthigh

reg0a=18; //readcountlow;

reg00=0x0A; //readdma

for（i=0;i<18;i++）

rxdnet->bytes.bytebuf[i]=reg10;

i="rxdnet-">bytes.bytebuf[3]; //将长度字段的高低字节掉转

rxdnet->bytes.bytebuf[3]=rxdnet->bytes.bytebuf[2];

rxdnet->bytes.bytebuf[2]=i;

rxdnet->etherframe.length=rxdnet->etherframe.length-4;//去掉4个字节的CRC

//表示读入的数据包有效

if（（（rxdnet->bytes.bytebuf[0]&0x01）==0）||（rxdnet->bytes.bytebuf[1]>0x7F）||（rxdnet->bytes.bytebuf[1]<0x4C）||（rxdnet->bytes.bytebuf[2]>0x06））{

//接收状态错误,或者next_page_start错误或者长度错误,将丢弃所有数据包

page

（1）;

curr="reg07"; //page1

page（0）; //切换回page0

bnry="curr-1";

if（bnry<0x4C）bnry="0x7F";

reg03=bnry; //writetobnry

return0;

}

else{//表示数据包是完好的.读取剩下的数据

if（（rxdnet->etherframe.protocal==0x0800）||（rxdnet->etherframe.protocal==0x0806））{

//协议为IP或ARP才接收

reg09=bnry; //readpageaddresshigh

reg08=4; //readpageaddresslow

reg0b=rxdnet->etherframe.length>>8; //readcounthigh

reg0a=rxdnet->etherframe.length&0xFF; //readcountlow;

reg00=0x0A; //readdma

for（ii=4;iietherframe.length+4;ii++）

rxdnet->bytes.bytebuf[ii]=reg10;

}

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