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用Ax88796實現SA1110的以太網接口
摘要：討論嵌入式微處理器SA1110與以太網控制器Ax88796在實際應用中的硬件連接問題；給出軟件設計方面的一些注意事項，為SA1110的網絡應用提供一種參考。關鍵詞：嵌入式SA1110Ax88796以太網CPUMII
Intel公司的StrongARMSA1110是一款主要面向嵌入式應用的高性能32位微處理器，目前已經被廣泛應用在PDA等手持設備上。SA1110最高主頻可達206MHz，具有內存管理單元(MMU)和大容量的指令/數據高速緩存(16KB/8KB)，兼容SDRAM、SMROM等多種存儲設備，并帶有LCD和PCMCIA控制器。
1Ax88796簡介
Ax88796是臺灣Asix公司推出的NE2000兼容快速以太網控制器。其內部集成有10/100Mb/s自適應的物理層收發器和8K×16位的SRAM，支持MCS-51系列、80186系列以及MC68K系列等多種CPU總線類型。
Ax88796執行基于IEEE802.3/IEEE802.3u局域網標準的10Mb/s和100Mb/s以太網控制功能，并提供IEEE802.3u兼容的媒質無關接口MII(MediaIndependentInterface)，用以支持在其它媒質上的應用。此外，Ax88796還提供可選用的標準打印接口，可用于連接打印設備或用作通用I/O端口。其結構框圖如圖1所示。
Ax88796的地址總線SA[9:0]與數據總線SD[15:0]分別與CPU的地址/數據總線相連。CPU通過I/O讀寫NE2000寄存器來控制Ax88796的工作狀態，通過遠程DMAFIFOs與Ax88796的內部緩存SRAM進行數據交換。SRAM與MAC核之間進行LocalDMA將數據發送至MAC層，再經由內部的PHY層發送至RJ45接口，或者經過MII接口送至外部的物理層芯片。
SEEPROM接口可以用來連接串行EEPROM。EEPROM可用于存儲MAC地址，供Ax88796每次初始化時讀取。
2硬件接口電路
Ax88796的CPU[1:0]兩個輸入引腳用來設置與不同CPU總線連接時Ax88796的工作模式。在Asix公司官方提供的資料中，Ax88796在與SA1110連接時，是將這兩個引腳都拉低，也即設為ISA總線模式。但實際應用中發現這樣設置，在對Ax88796奇地址寄存器進行8位數據寬度的訪問時存在問題：無論寫入何值，讀出值總為00H（由于Ax88796是NE2000系列的以太網控制器，其MAC層的控制寄存器都采用8位數據寬度，因此存放地址有奇偶之分；而CPU在對Ax88796的控制中，需要對其寄存器進行8位數據寬度的讀寫）。
最初的懷疑是，對Ax88796的奇地址寄存器無法正確寫入數據。但用示波器抓取數據總線上的信號，發現SA1110已經正確送出數據；并且當對Ax88796的奇地址寄存器進行讀操作時，Ax88796在數據總線D[7:0]上送出的數據正是此前SA1110向其奇地址寄存器寫入的數據。也就是說，數據已經被正確寫入了Ax88796的奇地址寄存器中，但SA1110從中讀取數據時出現了問題。
根據Ax88796資料中的相關說明，在ISA總線模式下，對其NE2000寄存器進行8位數據寬度操作時，高8位數據線D[15:8]是被內部拉低的。因此，數據都是在數據總線D[7:0]上進行傳送的，而Ax88796由地址線A0上信號電平的高低來判斷所訪問地址的奇偶，如表1所列。
表1Ax88796在ISA總線模式下的讀寫操作
(a)ISA總線模式下的讀操作
操作模式CSBHEA0IORDIOWRSD[15:8]SD[7:0]空閑模式HXXXX高阻高阻字節訪問L
LH
HL
HL
LH
H無效
無效偶字節數據
奇字節數據雙字節訪問LLLLH奇字節數據偶字節數據
(b)ISA總線模式下的寫操作
操作模式CSBHEA0IORDIOWRSD[15:8]SD[7:0]空閑模式HXXXXXX字節訪問L
LH
HL
HH
HL
LX
X偶字節數據
奇字節數據雙字節訪問LLLHL奇字節數據偶字節數據
H-高電平，L-低電平，X-不確定
SA1110最大支持32位數據總線，它在進行不同寬度的數據讀寫時，有其自身的一套機制：
在對奇地址進行8位數據寬度的寫操作時（如寫19H），地址線A0送出1，而數據總線D[31:24]、D[23:16]、D[15:8]、D[7:0]上同時送出該8位數據（即送出19191919H）；在對奇地址進行8位數據寬度的讀操作時，地址線A0送出1，數據總線D[15:8]上的數據作為有效數據被讀入SA1110的內部寄存器，而其余數據線上的數據被丟棄。
由此可見，當SA1110對Ax88796的奇地址寄存器進行8位數據寬度的讀操作時，Ax88796在數據總線D[7:0]上送出的有效數據，被SA1110丟棄了；而數據總線D[15:8]上的值00H被誤認作有效數據讀入了SA1110。這就解釋了為什么對Ax88796奇地址寄存器可以正確寫入卻無法正確讀取的問題了。
綜合上面的分析，在實際中采用的接口電路如圖2所示。
Ax88796的CPU[0]上拉，CPU[1]下拉，設置它工作在186總線模式下。SA1110的地址線A0經反向器后接至Ax88796的引腳，用來確保SA1110對Ax88796的控制寄存器的訪問都為8位數據寬度。實驗證明，這并不影響Ax88796作RemoteDMA時與SA1110之間的16位數據寬度傳輸。
SA1110的GPIOx引腳可以復用作中斷輸入，因此用來連接Ax88796的中斷輸出IREQ。
3軟件方面
由于Ax88796是NE2000兼容芯片，所以Linuxkernel中的驅動ne.c、8390.c只需作較少的改動就可以用來驅動SA1110平臺上的Ax88796：
將ne.c中的偵測端口地址列表netcard_portlist[]的初始賦值改為kernel中為nCSx所映射的虛擬地址。
將ne.c里的中斷偵測程序段去掉，分配dev->irq=IRQ_GPIOx；而在8390.c中的每次enable_irq函數前，將GPIOx設置為上升沿觸發。
由于Ax88796具有獨立的端口被用來支持對EEPROM的訪問，因此ne.c中訪問EEPROM所采取的RemoteDMA方式應改寫為對端口的訪問方式。
另外值得一提的是，SA1110的片選輸出nCSx與讀寫信號輸出nOE、nWE之間的時序關系可以由對應的SA1110寄存器MSCx中的控制位來調節。一個合適的取值可以大大提高SA1110與Ax88796之間的數據傳輸速度。
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