Linux下8019网卡驱动程序福建鑫诺通信有限公司陈光平（chenggp_fj@）本文以S3C44B0的CPU为例，详细解析了linux下RTL8019网卡驱动程序工作原理，其间知识大多来源互联网络，特别是浙大潘纲的论文，在此不一一列出，此文目的只是让嵌入式linux爱好者得到更多网卡驱动的资料，并获得交流机会，不足之处请指正（一）、硬件相关部份1、CPU与网卡的连接方式(s3c44B0 CPU) (RTL 8019网卡)CPU与网卡接线图上图为S3c44b0CPU和网卡的接线图，此接法并非固定，如接法不同，则牵涉到很多相应的改动，下面会详细分析不同之处从硬件部门得到：网卡在CPU的存储空间上接BANK4，即0x08000000（看44B0手册）外部中断号为：EXTINT3 （irqs.h文件获得值为22）上面两个值可以查CPU手册，或询问硬件设计人员由上图可以知道以下数据:（1）、网卡与CPU地址线连接错开8位(A0接A8)（2）、总共连线，其实4根就足够用了，因为每根线可以译码4个地址空间，总共是16个地址空间，每个地址空间对应一个寄存器地址，而8019总共就是16个寄存器（3）、一般是跳线模式，不使用9346芯片1-1 基地址算法首先8019的基地址是300H(见RTL8019芯片资料：选择IO总线地址)，但是有些硬件已在芯片中做过了偏移，比如我们的网卡已做了处理，基址已偏移到0x08000000，那么因为网卡A0接CPU的A8，表示基地址左移8位，下一个寄存器reg0的地址就是：0x08000100（0000,0000,0001 0001,0000,0000）还不理解的话我们看另一种接法：（S3C44B0 CPU ） （RTL8019芯片） 这种接法地址线只错开一位，我们来看（假如仍使用BANK4）：A1 A0，为何A0不能接A0，因为8019是共用数据线和地址线的，如果A0接A0的话，无法配置8位和16位方式现在可以看到，基地址为300H 的话，左移一位(A0->A1)，就是600H,于是算出基地址为： 0x08000600,下一个寄存器的地址就是0x08000602,因为都左移一位，相当于x2了2、8019网卡的工作原理本节主要讨论一下8019是怎么工作的，如下图：（本地DMA ） （远端DMA ）（图2 与DMA 有关的寄存器 ）2-1 远端DMA 和本地DMA首先解释一下远端DMA 和本地DMA 的区别，以发送为例，网络发送数据是下面这样一个流程：CPU 将数据先发送到网卡上的16KRAM 中，这之间必须要有一个数据通道，我们称为远端DMA ，而数据从网卡的RAM 中发出给链路，RTL8019控制器与RAM 之间的通道称为本地DMA2-2 CPU 读写数据到网络芯片先解释一下上面提到的几个重要的寄存器，我们从上面分阶段说明：RBCR0，RBCR1：存放要读写数据的长度RSAR0，RSAR1：存放数据到网络芯片（RAM）中存放的起始地址（而不是页号，但通常还是以某页的00为开始，如0x4000）CR：向命令寄存器发出Remote DMA开始指令上面的流程后面会详细解说2-3 网络芯片发数据到以太网CPU把数据用Remote DMA发到网络芯片之后，就可以用让网络芯片用Local DMA向外数据了，需要设置如下的控制器：TPSR：网络芯片要发送的数据在网络芯片RAM中的起始页号，所以发送的数据只能从某页的开头存放。
TBCR0，TBCR1：要发送的数据总长度CR：向命令寄存器发出发送数据包的指令CMD_XMIT然后程序就可以返回了，网络芯片会自动用Local DMA发数据包2-4 网络芯片从以太网读数据网络芯片在从以太网读数据过程中，会用到的寄存器如下：PSTART，PSTOP：网络芯片接收数据缓冲区的起始和终止页号。
形成一个接收缓冲环，每页256字节CURR：接收缓冲环写页指针，初始化=PSTARTBNRY：接收缓冲环读页指针，初始化=PSTART这四个寄存器在init函数里初始化，以后有数据包来到时，网络芯片会自动判断是否发给本机，是则用Local DMA存入数据，并自动修改读写指针RTL8019接收包帧结构：具体流程如下：有了上面的收发包的格式，如何发送和接收数据包呢？看下图：图3 发送缓冲区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=3E），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。
那么8019是怎样接收数据的呢？请看下图：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包，新收到的数据包按下图的格式存于以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总的说来，数据包是这样被主机写入芯片和从芯片RAM读出来的：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口寄存器读出芯片RAM里的数据或把数据写入RAM芯片,用个示例来说明一下（以发送为例）：首先了解RBCR0，1中的远端DMA字节数在寄存器高低位上是怎么存储的？比如长度为600字节，如下：(十进制600=十六进制258)PG0W_RBCR0 = 600 & 0xff; //0x58PG0W_RBCR1 = 600 >> 8; //0x2同样道理写入地址：PG0W_RSAR0 = XMIT_START & 0xff;PG0W_RSAR1 = XMIT_START >> 8;然后发送：NIC_CR = (CR_PAGE0 | CR_DMA_WRITE | CR_START);此时CPU通过远端DMA发送了网卡RAM中的指定区域数据2-5网卡RAM的空间分配网卡RAM的空间分配（包括收缓冲区、发缓冲区、数据存储区），RAM空间原则上是随意分配的，看了资料很多的分配方案都是如下：RAM总共16k，可以用来存储数据的地址是0x4000-0x7FFF，为什么呢？看一下RAM的结构图7 网卡RAM结构图因为256个字节称为一页，所以0x4000-0x7FFF可以用页表示为0x40---0x7F，下面采用的也基本都是用页的地址，如：0x4000-0x40ff是一页,我们称该页为第0x40页(或页0x40),页码也就是16位地址的高8位. 0x4100-0x41ff 是一页,称为第0x41页.0x4000-0x7fff共16k字节的ram是网卡接收和发送数据包用的，该16k字节的ram实际上是双端口的ram,可以同时被网卡读/写和用户读/写,相互之间不影响,网卡读/写比用户读写的优先级高,举个例子：假如网卡收到一个数据包,需要放到0x5000开始的缓冲区,那么需要写入第0x50页.这时用户同时读取旧的数据包,该数据包放在0x4000开始的一段缓冲区,那么需要读第0x40页.网卡优先,它先写入一个字节,然后才读取一个字节到ISA总线上.内部总线的速度很快,是20Mhz,而ISA总线只有8Mhz, 网卡足够快进行同时读写数据,互不影响.既然如此，我们做如下定义：0x40---0x4B共12页做为网卡的发送缓冲区，刚好可以存储两个最大的网络包（约1.5k一个最大网络包），另外使用0x4C---0x7F为网卡的接收缓冲区，共52页，如下定义：Reg04=0x40；//参看RTL8019手册,04在寄存器页0发状态为TPSR，即发送首地址Reg01=0x4C；//参看RTL8019手册,01在寄存器页1写状态为PSTART，即接收首地址Reg02=0x80；//参看RTL8019手册,01在寄存器页2写状态为PSTOP，即接收尾地址2-6关于网卡MAC地址：0x00e0-0x00ff:52525454ABAB3D3D8E8E2C2C545446464C4C49494E4E404022222020575757 57 ，那么该网卡的地址是:5254AB3D8E2C,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，Prom是网卡在复位的时候从93C46里读出来的.如果你没有使用93C46,那么就不要使用Prom.，那么如何获得网卡的地址,有两种方法,一是直接读93C46,二是读Prom.网卡在工作的时候的网卡地址是由寄存器MAR0,MAR1,MAR2,MAR3,MAR4,MAR5决定,而不是93C46,也不是Prom. 而这几个寄存器的内容需要用户自己编写程序写入，一般可以读出Prom里的网卡地址,然后写入到这6个寄存器里.如果你没有使用93C46,那么Prom也是不可以使用的,这时要由你的程序自己指定一个网卡地址, 网卡地址不能跟别的网卡地址相同,写入到MAR0-MAR5里.例如使：MAR0=00MAR1=00MAR2=00MAR3=00MAR4=00MAR5=08那么网卡的地址就是:00:00:00:00:00:08所有发给00:00:00:00:00:08地址的数据包就可以被网卡收到.发送数据包的时候你的程序也要使用MAR0-MAR5的值作为发送的源地址.2-7 关于IO端口几乎每一种外设都是通过读写设备上的寄存器来进行的。
外设寄存器也称为“I/O端口”，通常包括：控制寄存器、状态寄存器和数据寄存器三大类，而且一个外设的寄存器通常被连续地编址。
CPU对外设IO端口物理地址的编址方式有两种：一种是I/O映射方式（I/O－mapped），另一种是内存映射方式（Memory－mapped）。
而具体采用哪一种则取决于CPU的体系结构。
有些体系结构的CPU（如，PowerPC、m68k等）通常只实现一个物理地址空间（RAM）。
在这种情况下，外设I/O端口的物理地址就被映射到CPU的单一物理地址空间中，而成为内存的一部分。
此时，CPU可以象访问一个内存单元那样访问外设I/O端口，而不需要设立专门的外设I/O指令。
这就是所谓的“内存映射方式”（Memory－mapped）。
而另外一些体系结构的CPU（典型地如X86）则为外设专门实现了一个单独地地址空间，称为“I/O地址空间”或者“I/O端口空间”。
这是一个与CPU的RAM物理地址空间不同的地址空间，所有外设的I/O端口均在这一空间中进行编址。
CPU通过设立专门的I/O指令（如X86的IN和OUT指令，linux的outb,inb等，后面代码有用到）来访问这一空间中的地址单元（也即I/O端口）。