摘要：以lan91c96为例，介绍嵌入式以太网控制器基本结构；结合pxa250(xscale)，分析嵌入式系统网络接口卡（nic）软硬件设计。

关键词：嵌入式系统 nic 网络接口卡 lan91c96

引 言

　　当今社会已经进入数字信息技术和网络技术高速发展的后pc(post-pc)时代，嵌入式系统已经广泛渗透到科学研究、工程设计、军事技术、各类产业和商业文化艺术、娱乐业以及人们的日常生活等方方面面；而网络技术的快速发展和互联网的广泛应用，使得嵌入式产品有了更广泛的前景。各种家电设备、pda、仪器仪表、工业生产中数据的采集与控制等设备正在逐渐走向网络化，以共享互联网络中庞大的信息资源。嵌入式设备的网络化开发有着广阔的前景。

　　本文以smsc公司的lan91c96嵌入式以太网控制器为例，介绍嵌入式系统网络接口卡(nic)的软硬件设计。

1 以太网控制器lan91c96简介

　　lan91c96是smsc公司生产的专门用于嵌入式产品的10m以太网控制器。其优良的性能、低功耗及小尺寸，使lan91c96成为嵌入式nic中的主流产品。

图1

1.1 主要特点

◆ 支持ieee802.3(ansi8802-3)以太网标准

◆ 全双工收发方式，具有睡眠模式

◆ 6kb的片上ram

◆ 与处理器接口可采用pcmcia、isa或motorola 68000

◆ 支持先进的传输队列管理

◆ 硬件mmu

◆通过串行eeprom选择性配置

◆ 全双工传输模式

◆可连接同轴电缆和双绞线，支持10base5、10base2、10baset，并可自动检测所连介质

◆ 高级的电源管理特性

◆ 支持“magic packet”电源管理技术

◆ 低功耗的cmos设计

1.2 内部框架

　　图1是lan91c96原理框图。

　　lan91c96网卡控制其内部集成了6kb的ram，用来存放数据包。内部的mmu、判决器和dma对数据包的传输发送进行有效的管理。csma/cd(载波监听多路访问/冲突避免)模块集成了ieee 802.3 mac层协议，负责监听网络情况和地址过滤，若目的地址是lan91c96的地址、广播地址或多播地址，则接收此数据包，否则抛弃。内部物理接口(phy)包含一个endec和10baset transceiver。编解码器(endec)负责曼彻斯特(manchester)编解码，并提供标准6脚连接单元接口(aui)，外接同轴传输接收器，应用10base2/5。传输数据时，10baset transceiver负责把主控制器传过来的反向不归零码(nrz)数据转换为manchester数据，并以适当的电平加以驱动；接收时负责连接完整性测试。外接的串行电可擦除只读rom(eeprom)中可存储网卡的mac地址，当os启动加载网卡时，以太网控制器就从eeprom的固定地址中读取mac地址并存储在相应的寄存器中。

1.3 工作原理

　　lan91c96内部6kb的ram为数据包的传输接收提供缓冲，使全双工工作模式下数据传输率可达10mbps；mmu把ram分成256b的页，并负责为每个数据帧分配一个或多个页。

　　当主处理器传输数据时，mmu首先根据数据大小为其在ram中分配若干页。在数据传送到ram时，此数据帧的帧号也在tx fifo中排队，然后此数据帧在轮到时传送到phy模块进行manchester编码，最后根据csma/cd协议把此数据帧传送到相应的介质上。

　　在介质上有数据时，lan91c96将数据帧复制一份并传送到endec模块进行manchester解码，而csma/cd模块根据该数据帧头的目的地址是否为本网卡mac地址、广播或多播地址来决定此数据帧的取舍。若地址匹配，mmu为其在ram中开辟相应大小的空间，并以中断的方式告知主处理器。在数据帧被取走后，mmu释放此块内存。

1.4 数据帧的构成

　　一个ieee 802.3数据帧由以下几个部分组成：前导位(preamle)、帧起始位(sfd)、目的地址(destination)、源地址(source)、数据长度(length)、数据(data)、帧校验字(fcs)。如图2所示，数据的数量范围46~1500b，如一组要传送的数据为46b，就用零补足；超过1500b时，需要拆成多个帧传送。前导位、帧起始位和帧校验字仅供控制器本身用，主处理器收到的数据帧的组成依次包括：接收状态(1b)、下一帧的页地址指针(1b)、目的地址(6b)、源地址(6b)、