引 言

隨著嵌入式技術和網絡技術的迅速發展，以太網接口在嵌入式系統中的應用越來越廣泛。以太網通信速度快。通用，可直接與Internet 相連接，提供更大范圍的遠程訪問。目前在工控嵌入式領域，網絡通信通常采用UDP 和TCP 協議.UDP 與TCP 相比，UDP 使用非連接的。不可靠的通信方式，因此網絡傳輸速度快，實時性相對較好。文中設計實用S3C2440.以太網控制器DM9000 和經過自行裁剪的TCP / IP 協議棧，構成嵌入式系統的以太網接口，實現UDP 通信。

1 系統的硬件介紹

該系統采用優龍科技公司YLP2440 作為開發的硬件系統，YLP2440 采用三星S3C2440A 作為CPU，最高主頻400MHz，帶有64MB SDRAM 和64MB NANDFlash 的外部存儲器，有兩個五線異步串行口，波特率高達115200bps，一個10M / 100M DM900AEP 網絡接口卡，帶有連接和傳輸指示燈.DM9000A 是一個全集成。功能強大。性價比高的快速以太網MAC 控制器，它帶有一個通用處理接口.EEPROM 接口.10/ 100MPHY 和SRAM，采用單電源供電，可兼容3. 3V.5V 的IO 接口電平.DM9000A 同樣支持MII （Media IndependentInterface，介質無關接口），它包含一系列可被訪問控制的狀態寄存器，這些寄存器是字節對齊的，在硬件或者軟件復位時被設置成初始化。

硬件框圖如圖1 所示。

2 以太網軟件的設計

2. 1 以太網卡控制器的初始化

首先DM9000A 自檢，讀取DM9000 的生產廠家ID和設備ID 與已經設定好的ID 進行比對，判斷DM9000網卡是否存在，初始化DM9000A，它的過程就是適當配置DM9000A 寄存器的過程，具體過程分為以下幾個步驟：

（1）啟動DM9000A，設置CPCR［REG_1E］ = 0×1，使DM9000 的GPIO3 為輸出，GPR［REG_1F］ =0×0，使DM9000 的GPIO3 輸出為低以激活內部PHY.延時2ms 以上以等待PHY 上電。

（2）進行兩次軟復位，設置DM9000 為正常工作模式，根據芯片設計要求，要想使芯片在上電之后工作正常就要進行兩次軟復位，設置為NCR［REG_00］ =0×01，NCR［REG_00］ =0×00，這兩步操作進行兩次。

（3） 清除各種狀態標志位和中斷標志位，NSR［REG_01］ =0x2c，ISR［REG_FE］ =0x3f.

（4）設置接收和發送控制寄存器，并且設置FIFO的大小，RCR［REG_05］ =0×39.TCR［REG_02］ =0×00.FCTR［REG_09］ =0×38.

（5）設置板子自身的MAC 地址。

（6）再一次清除各種狀態標志位和中斷標志位，NSR［REG_01］ =0x2c，ISR［REG_FE］ =0x3f.

（7）設置中斷屏蔽寄存器，打開接收中斷，IMR［REG_FF］ =0×81.

當進行了以上步驟的設置之后，DM9000A 芯片就處于正常工作狀態了。在以后進行通信的過程中，如果發生異常引起芯片重啟，則再一次進行同樣的設置。

2. 2 以太網卡數據的發送和接收

DM9000A 發送數據采用的是循環查詢模式，接收數據采用的是中斷模式，DM9000 內部有0x3FF 大小的SRAM 用于接收和發送數據緩存。在發送或接收數據包之前，數據是暫存在這個SRAM 中的。當需要連續發送或接收數據時，需要分別把DM9000 寄存器MWCMD 或MRCMD 賦予數據端口，這樣就指定了SRAM 中的某個地址，并且在傳輸完一個數據后，指針會指向SRAM 中的下一個地址，從而完成了連續訪問數據的目的。但當發送或接收一個數據后， 指向SRAM 的數據指針不需要變化時，則要把MWCMDX 或MRCMDX 賦予數據端口 。

發送數據比較簡單，接收數據就略顯復雜，因為它是有一定格式要求的。在接收到的一包數據中的首字節如果為0×01，則表示這是一個可以接收的數據包；如果為0×0，則表示沒有可接收的數據包。因此在讀取其他字節時，一定要先判斷首字節是否為0×01.數據包的第二個字節為數據包的一些信息，它的高字節的格式與DM9000 的寄存器RSR 完全一致。第三個和第四個字節為數據包的長度。后面的數據就是真正要接收的數據了。

2. 2. 1 UDP 協議棧的裁剪實現

在系統中主要使用UDP 通信，只需要實現ARP協議.IP 協議，對TCP/ IP 協議進行部分的實現.UDP協議通信（即用戶數據報協議）與TCP 一樣都是屬于傳輸層協議，位于IP（網際協議）協議的頂層.UDP 相對于TCP 是一種簡單協議，提供的是最少的服務，編寫的代碼量也小，所需的程序和內存空間少，運行速度快.ARP 為IP 地址對應的硬件地址之間提供動態映射，發送終端把以太網數據幀發送到位于同一局域網上的另一臺主機時，是根據48bit 的以太網地址來確定目的接口的。設備驅動程序從不檢查IP 數據報中的目的IP 地址.IP 協議是TCP/ IP 協議中最為核心的協議，它提供不可靠。無連接的數據報傳送服務 。

2. 2. 2 數據的發送過程

數據發送過程如圖2 所示。發送終端在第一次發送數據的時候，要知道接收端的IP 地址和端口號，還要得到對方的物理MAC 地址，因為兩個終端最后通信是通過尋找對方的MAC 地址來進行的，因此首先得通過ARP 協議，把對方的IP 地址轉換為MAC 地址，得到了物理地址之后才能通信。如果長時間不能得到這個物理地址，則只能說明請求失敗，需要重新發送ARP 請求，ARP 的封裝過程如圖3（b）所示。

2. 2. 3 數據包的封裝過程

UDP 協議數據包的封裝在運輸層進行，打好包的UDP 數據將送往網絡層進行IP 協議的打包，UDP 要完成進程到進程的通信，把報文交付給正確的進程。當進程有報文要通過UDP 發送時，它就把這個報文連同一對套接字地址以及數據長度傳遞給UDP.UDP 收到數據后就加上UDP 首部，也就是UDP 數據包的封裝如圖3（c）所示。然后UDP 就把該用戶數據包連同IP 加上自己首部，在協議字段使用值17，指出該數據是從UDP 協議來的，這個過程就是IP 數據包的封裝過程如圖3（a）所示。這個IP 數據包再傳遞給數據鏈路層。數據鏈路層收到IP 數據包之后，加上自己的首部（可能還有尾部），再傳遞給物理層。物理層把這些位編碼為電信號或者光信號，然后把它發送到遠程的機器。

2. 2. 4 數據的接收

系統接收數據采用的是中斷模式。當網卡接收到數據時，就觸發一個中斷，啟動中斷服務程序。在中斷服務程序中首先清除中斷標志位，以防在接收數據的時候再次引發中斷，然后判斷寄存器MRMDX 的值，確定網卡是否接收到了數據，如果接收到了數據就要進行數據處理，也就是對數據包的解封，得到應用程序發送來的數據，如果沒有得到數據則說明網卡初始化失敗，重新初始化網卡。中斷接收程序的流程圖如圖4所示。

在接收到以太網數據幀中，首先判斷數據類型字段，如果是ARP 協議，則進入ARP 處理流程，如果是IP 協議，則進入IP 協議流程.ARP 協議處理過程：

首先判斷ARP 包目的IP 地址是否與本地IP 地址一致，如果不一致，丟棄不處理；如果一致，再判斷ARP類型，操作類型字段為1 時表示ARP 請求，調用ARP發送函數發送ARP 響應包。操作類型字段為2 時，記錄下對方的MAC 地址，以后通信就是根據這個MAC傳送數據的。

IP 協議處理過程如下所述：首先判斷IP 包目的IP地址是否與本地IP 一致，如果不一致，丟棄不處理，如果一致，則再判斷協議類型，是否為UDP 數據包，是就進入UDP 處理過程，不是就進入其他協議處理過程。

3 實驗結果和分析

3. 1 ARP 通信測試

實驗中測試了ARP 請求和UDP 通信，設置ARM開發板的IP 地址為219. 243. 50. 187，MAC 地址為0×52，0×54，0x4c，0×38，0xf7，0×42，PC 機的IP 地址為219. 243. 50. 188，MAC 地址為0×00，0×23，0x5A，0×15，0×73，0xF4.經過測試當開板向PC 發送ARP 請求時，PC 能夠正確應答響應包，并且多次請求都能夠得到正確的響應，證明ARP 協議能夠穩定運行，實驗結果如圖5 所示。

當開發板得到了PC 機的MAC 地址之后，就可以與它進行正常的UDP 通信了。在中斷程序之中判定協議類型，接收到的數據包是ARP 協議還是UDP 協議，當接收的是ARP 協議，則進行ARP 協議處理，得出圖5 的實驗結果，當得到的是UDP 協議，則進行UDP 協議處理，得出的實驗結果如圖6 所示。經過長時間的通信可以發現，傳輸的數據沒有出現誤碼，可以說明這種通信方式比較穩定可行。

3. 2 UDP 通信測試

在UDP 通信實驗中，設置兩個數據終端的IP 地址和通信端口分別為219.243.50.187:6000，219.243.50.186:10005，然后發送數據，用抓包工具sniffer 抓包的結果如圖6 所示。通過圖中結果可以看出，SrcIP 為219. 243. 50. 87，Src Port 為6000，DestIP 為219. 243.50. 186，Dst Port 為10005，這都與設置的相同.Protocol為0×800 表示為UDP 協議類型，而且能夠正確地接收到發送的數據，并且經過多次的實驗，結果都是正確的，這證明系統通信穩定可靠，通過移植的協議棧能夠正常的工作，達到了預期的目標。

4 結束語

文中實現了基于ARM9 和DM9000 芯片的UDP通信，成功地對TCP/ IP 協議棧裁剪移植實現UDP.ARP 等協議通信。詳細介紹了DM9000 網卡驅動程序過程，并且實現了網口接收發送數據的功能，通過對大量數據的傳輸實驗，證明了ARM9 和DM9000 構成的通信系統性能的穩定性。能夠較好地解決大量數據通過UDP 協議通信的問題.