基于POWERPC860T芯片和VxWorks操作系统实现以太网通信系统设计

通过TCP/IP协议栈来实现数据通信，是目前大多数通信设备所必备的。在以太网上实现TCP/IP更是一种价廉物美的选择。本文描述的正是这种通信设备一种实现方法。

通信控制设备大多是嵌入式系统，求CPU功耗低、接口种类丰富。POWERPC 860T芯片是摩托罗拉公司MPC860系列通信专用嵌入式CPU的产品，主要特点是增加了1个10/100M自适应以太网口，工作频率可达80MHz，广泛地用于中、高档通信设备。其内部结构框图如图1所示。

从图1中可以看出，860T芯片主要由微处理器内核（embedded POWEPRPC core）、系统接口单元SIU（System Interface Unit）、通信处理器单元CPM（Communication Processor Module）和快速以太网模块FEM（Fast Ethernet Module）等组成。由于860T中集成了许多外围接口的控制器，同FLASH、SRAM、SDRAM等各种存储器可实现无缝隙连接。外部通信接口一般只需添加线路接口单元。本文实现的系统硬件框图如图2所示。FLASH采用的是AM29LV017，SRAM为SODIMM SDRAM条。

CPU部分的4个SCC均可配置为10M以太网控制器，FEM为一个10/100M以太网自适应控制器。通过这些以太网控制器，只需简单的线路接口单元就可构成10M以太网口和10/100M自适应网口。该以太网口符合IEEE802.3规范。实际使用中，860T设备多少个网口，应根据芯片的运行主频和接口要求来统筹考虑。在设计时，相关的性能计算可使用摩托罗拉公司推供的软件进行估算。我们在50 MHz MPC860T芯片上，实现了1个10M网口（采用SCC1实现，如图3所示）和1个10/100M自适应网口（如图4所示）。

MPC860T中I/O口引脚几乎都有多种功能，通过对有关的寄存器进行设置或将某些引脚设置成指定电位，使得有关I/O口的功能为设计指定的功能。在设计时，可能会发现某些多功能引脚要么只能处于A功能，要么处于B功能，无法使得A、B功能同时满足。由于MPC860T的引脚多、各引脚的功能也多，为了能够尽快地确定各引脚的功能，可利用摩托罗拉公司提供的引脚功能安排工具，检查引脚功能上的冲突。

MPC860T是遵照POWERPC结构体系的嵌入式芯片系列，因此可实现多任务操作，并支持多种内存映射方式，完全能够运行实时多任务操作系统，以便满足通信控制设备所要求的实时性。

Wind River公司的VxWorks实时多任务嵌入式操作系统是大多数实时嵌入式系统的首选，具有其它嵌入式操作系统无法比拟的内核代码少、裁剪性强、实时性强、软件模块多等优点。本文的多网口通信实现是在VxWorks集成环境TORNADO 2.0下开发的。关于VxWorks实时嵌入式操作系统可参见Wind River公司的相关资料。

VxWorks支持TCP/IP协议栈，用户程序可通过BSD套接字方式访问网络，工作方式和Windows下的BSD套接字方式基本一样。

VxWorks的TCP/IP协议栈与网络设备驱动的接口有两种。一种是标准的BSD4驱动程序。它将驱动程序和协议紧密关联在一起，不利于多协议的支持（后期BSD进行了改进，可实现多协议的支持）。VxWorks不推荐使用BSD4驱动程序。另一种标准是VxWorks专有的END（Enhanced Network Driver）驱动程序。它通过一个称为MUX的薄层，将驱动程序和协议栈隔离开，达到驱动程序独立于具体协议的目的，从而实现多协议的支持。END驱动程序技术多播和轮询通信方式。因此，我们采用END驱动程序方式来实现网络设备驱动程序，扩展通信功能。

VxWorks的驱动程序既可以在启动时加载，也可以在系统启动后加载。不过网络驱动程序，最好是在启动时加载（本文采用此方式）。VxWorks启动时，发起的tUsrRoot任务初始化网络任务的JOB队列，同时发起tNetTask任务来处理网络任务中的JOB队列，调用muxDevLoad（）装载用户网络设备驱动程序。之后，通过muxDevStart（）启动该网络设备驱动程序。

用户驱动程序的中断例程，通过sysIntConnect（）挂接在系统的中断结构上。一般在muxDevStart（）中完成该工作。

驱动程序的中断例程，一般尽可能少地做一些将接收的数据包搬移工作，以减少中断关闭的时间。用户的实际中断处理服务例程放在netJob任务中完成（中断例程通过netJobAdd（）函数将实际中断处理服务例程加到netJob任务的队列中）。

用户在编写好驱动程序后，应根据要求修改板级支持软件包（BSP）中confignet.h的内容，以例系统正确加载。主要修改endTb1表。

修改config.h中的相关内容：在默认情况下，系统仅仅支持1个网络接口。如果在config.h包含了#define FADS_860T，那么默认启动能够工作的是100M的网络接口（motfec0）；如果在config.h中没有包含#define FADS_860T，那么默认启动能够工作的是10M的网络接口（cpm0）。

操作系统根据启动参数来对网络接口进行配置，简要流程如下：

①在usrRoot（）中调用usrNetworkInit（）（在prjConfig.c中）。在usrNetworkInit（）中调用：

*usrNetProtoInit（）初始化网络协议堆栈（包括BSD Socket Support、Host Table、BSD4.4Ipv4、BSD4.4UDPv4、BSD4.4TCPv4、BSD4.4ICMPv4、BSD4.4IGMPv4以及调试和show facility部分等等）。

*muxLibInit（）初始化连接协议与END driver的mux层。

*usrEndLibInit（）（在comps/src/net/usrEndLib.c中）支持使用mux/END接口的网络设备。

*usrNetworkBoot（）使用启动参数来初始化一个网络设备。

*usrNetAppInit（）初始化网络应用协议和一些server，比如RPC、rlogin、telnet server以及ftp server等等。

②在usrEndibInit（）中，遍历configNet.h内的endDevTb1［］数组，调用muxDevLoad（…）装载END驱动程序，并调用muxDevStart（…）将它启动。

③在usrNetworkBoot（）中调用：

*usrNetBoot（）从命令参数行（bootline）提取网络接口的IP地址、目标名字（target name）以及单元号（unit number）。

*usrNetmaskGet（）获取接口的网络掩码。

*usrNetworkDevStart（）加入并配置一个网络设备（cpm或者motfec）。

④在usrNetworkDevStart（）中，调用usrNetEndDevStart（…）、usrNetBsdDevStart（…）以及usrNetLoopbackStart（）。以上3个函数中，使用命令参数行启动了1个物理网络接口以及1个本地回路接口。

从以上流程来看，当定义了FADS_860T时，默认根据命令参数行（在config.h中，有一个初始的默认值DEFAULT_BOOT_LINE）启动并配置了一个motfec网络接口。

支持双网口时的修改：

①在config.h中加入#define INCLUDE_CPM这一行。

②在configNet.h中，于#ifndef IP_MAX_UNITS行之前加入1行：#undef IP_MAX_UNITS。在默认情况下，由于仅仅支持motfec接口，IP_MAX_UNITS的值为1。因此，需要重新定义IP_MAX_UNITS，使其等于我们加入的mux有关的网络接口的个数。

③在usrNetEndDevStart（…）中的#endif /*

CPU = =SIMNT*/行之后加入以下几行代码；

#ifdef FADS_860T

#ifdef INCLUDE_CPM

usrCPMEndDevStart（“cpm”，1，InInfo［0］.target_name，InPnfo［0］.ip_address，InInfo［0］.netmask）;

routeAdd（IpInfo［0］.network，IpInfo［0］.gateway）;

#endif

#endif/*FADS_860T*/

以下是有关定义以及usrCPMEndDevStart（…）的源代码：

struct cpmInInfo{

char *target_name; /*目标的名称*/

char *ip_address; /*目标的IP地址*/

char *network； /*网络*/

int netmask; /*网络的掩码*/

char *gateway; /*网关*/

};

struct cpmInInfo IpInfo［］= {

{NULL，NULL，NULL，0，NULL}，

{NULL，NULL，NULL，0，NULL}，

{NULL，NULL，NULL，0，NULL}

};

void usrCPMEndDevStart （）;

void usrCPMEndDevStart （

char* pDevName， /*设备的名称*/

int unitNum， /*单元号*/

char* pTgtName， /*目标机名称*/

char* pAddrString， /*网络地址*/

int netmask /*网络掩码*/

）

{

END_OBJ* pEnd；

M2_INTERFACETBL endM2Tb1;

if（pDevName= =NULL）

return;

#ifdef INCLUDE_END

pEnd=endFindByName（pDevName，unitNum）;

if（pEnd= =NULL）{

printf（Could not find %s%d，pDevName，unitNum）;

returm;

}

if（muxIoctl（pEnd，EIOCGMIB2，（caddr_t）endM2Tbl）= =ERROR）}

printf（Cannot perform EIOCMIB2 ioctl.）;

return;

}

if（ipAttach（unitNum，pDevName）！=OK）{

printf（Failed to attach to device %s，pDevName）;

return;

}

if（usrNetIfConfig（pDevName，unitNum，pAddrString，pTgtName，netmask）！=OK）{

printf（Failed to configure %s%d for IP.，pDevName，unitNum）;

return;

}

printf（Attached TCP/IP interface to %s unit %d，

pDevName，unitNum）;

#endif /*INCLUDE_END*/

return；

}

以上我们加入的设备名字由设备名和unit number组成。在加入第2个网络接口之前，第1个网络接口motfec0已经可以正常工作了。由于所有的ENDDRIVER都是通过遍历在configNet.h中的endDevTbl［］数组而启动的，因此第2个网络接口的unit number是1。依次数推，第3个网络接口的unit number是2…。我们加入的第2个网络接口的名字为cpml。

在支持双网口时，不同的网口应处在不同的网段上，每一个网口可支持多个网络地址。

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