用Ax88796实现SA1110的以太网接口

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摘要：讨论嵌入式微处理器SA1110与以太网控制器Ax88796在实际应用中的硬件连接问题；给出软件设计方面的一些注意事项，为SA1110的网络应用提供一种参考。

    关键词：嵌入式 SA1110 Ax88796 以太网 CPU MII

　　Intel公司的StrongARM SA1110是一款主要面向嵌入式应用的高性能32位微处理器，目前已经被广泛应用在PDA等手持设备上。SA1110最高主频可达206 MHz，具有内存管理单元(MMU)和大容量的指令/数据高速缓存(16 KB/8 KB)，兼容SDRAM、SMROM等多种存储设备，并带有LCD和PCMCIA控制器。

1 Ax88796简介

　　Ax88796是台湾Asix公司推出的NE2000兼容快速以太网控制器。其内部集成有10/100 Mb/s自适应的物理层收发器和8K×16位的SRAM，支持MCS-51系列、80186系列以及MC68K系列等多种CPU总线类型。

　　Ax88796执行基于IEEE802.3/IEEE802.3u 局域网标准的10Mb/s和100Mb/s以太网控制功能，并提供IEEE802.3u兼容的媒质无关接口MII(Media Independent Interface)，用以支持在其它媒质上的应用。此外，Ax88796还提供可选用的标准打印接口，可用于连接打印设备或用作通用I/O端口。其结构框图如图1所示。

　　Ax88796的地址总线SA[9:0]与数据总线SD[15:0]分别与CPU的地址/数据总线相连。CPU通过I/O读写NE2000寄存器来控制Ax88796的工作状态，通过远程DMA FIFOs与Ax88796的内部缓存SRAM进行数据交换。SRAM与MAC核之间进行Local DMA将数据发送至MAC层，再经由内部的PHY层发送至RJ45接口，或者经过MII接口送至外部的物理层芯片。javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>

　　SEEPROM接口可以用来连接串行EEPROM。EEPROM可用于存储MAC地址，供Ax88796每次初始化时读取。

2 硬件接口电路

　　Ax88796的CPU[1:0]两个输入引脚用来设置与不同CPU总线连接时Ax88796的工作模式。在Asix公司官方提供的资料中，Ax88796在与SA1110连接时，是将这两个引脚都拉低，也即设为ISA总线模式。但实际应用中发现这样设置，在对Ax88796奇地址寄存器进行8位数据宽度的访问时存在问题：无论写入何值，读出值总为00H（由于Ax88796是NE2000系列的以太网控制器，其MAC层的控制寄存器都采用8位数据宽度，因此存放地址有奇偶之分；而CPU在对Ax88796的控制中，需要对其寄存器进行8位数据宽度的读写）。

　　最初的怀疑是，对Ax88796的奇地址寄存器无法正确写入数据。但用示波器抓取数据总线上的信号，发现SA1110已经正确送出数据；并且当对Ax88796的奇地址寄存器进行读操作时，Ax88796在数据总线D[7:0]上送出的数据正是此前SA1110向其奇地址寄存器写入的数据。也就是说，数据已经被正确写入了Ax88796的奇地址寄存器中，但SA1110从中读取数据时出现了问题。

　　根据Ax88796资料中的相关说明，在ISA总线模式下，对其NE2000寄存器进行8位数据宽度操作时，高8位数据线D[15:8]是被内部拉低的。因此，数据都是在数据总线D[7:0]上进行传送的，而Ax88796由地址线A0上信号电平的高低来判断所访问地址的奇偶，如表1所列。

表1 Ax88796在ISA总线模式下的读写操作

    (a)ISA总线模式下的读操作

操作模式	CS	BHE	A0	IORD	IOWR	SD[15:8]	SD[7:0]
空闲模式	H	X	X	X	X	高阻	高阻
字节访问	L L	H H	L H	L L	H H	无效 无效	偶字节数据 奇字节数据
双字节访问	L	L	L	L	H	奇字节数据	偶字节数据

　　(b)ISA总线模式下的写操作

操作模式	CS	BHE	A0	IORD	IOWR	SD[15:8]	SD[7:0]
空闲模式	H	X	X	X	X	X	X
字节访问	L L	H H	L H	H H	L L	X X	偶字节数据 奇字节数据
双字节访问	L	L	L	H	L	奇字节数据	偶字节数据

    H-高电平，L-低电平，X-不确定


    SA1110最大支持32位数据总线，它在进行不同宽度的数据读写时，有其自身的一套机制：

　　在对奇地址进行8位数据宽度的写操作时（如写19H），地址线A0送出1，而数据总线D[31:24]、D[23:16]、D[15:8]、D[7:0]上同时送出该8位数据（即送出19191919H）；在对奇地址进行8位数据宽度的读操作时，地址线A0送出1，数据总线D[15:8]上的数据作为有效数据被读入SA1110的内部寄存器，而其余数据线上的数据被丢弃。

　　由此可见，当SA1110对Ax88796的奇地址寄存器进行8位数据宽度的读操作时，Ax88796在数据总线D[7:0]上送出的有效数据，被SA1110丢弃了；而数据总线D[15:8]上的值00H被误认作有效数据读入了SA1110。这就解释了为什么对Ax88796奇地址寄存器可以正确写入却无法正确读取的问题了。

　　综合上面的分析，在实际中采用的接口电路如图 2所示。

　　Ax88796的CPU[0]上拉，CPU[1]下拉，设置它工作在186总线模式下。SA1110的地址线A0经反向器后接至Ax88796的引脚，用来确保SA1110对Ax88796的控制寄存器的访问都为8位数据宽度。实验证明，这并不影响Ax88796作Remote DMA时与SA1110之间的16位数据宽度传输。

　　SA1110的GPIOx引脚可以复用作中断输入，因此用来连接Ax88796的中断输出IREQ。javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>

3 软件方面

　　由于Ax88796是NE2000兼容芯片，所以Linux kernel中的驱动ne.c、8390.c只需作较少的改动就可以用来驱动SA1110平台上的Ax88796：

　　将ne.c中的侦测端口地址列表netcard_portlist[]的初始赋值改为kernel中为nCSx所映射的虚拟地址。

　　将ne.c里的中断侦测程序段去掉，分配dev->irq=IRQ_GPIOx；而在8390.c中的每次enable_irq函数前，将GPIOx设置为上升沿触发。

　　由于Ax88796具有独立的端口被用来支持对EEPROM的访问，因此ne.c中访问EEPROM所采取的Remote DMA方式应改写为对端口的访问方式。

　　另外值得一提的是，SA1110的片选输出nCSx与读写信号输出nOE、nWE之间的时序关系可以由对应的SA1110寄存器MSCx中的控制位来调节。一个合适的取值可以大大提高SA1110与Ax88796之间的数据传输速度。