0.相關資料

1前言

    嵌入式乙太網開發，可以分為兩個部分，一個是乙太網收發晶片的使用，一個是嵌入式乙太網協議棧的實現。乙太網收發晶片的使用要比串列埠收發晶片的使用複雜的多，市面上流通比較廣泛的乙太網收發晶片種類還不少，有SPI介面的ENC28J60，也有並口形式的RTL8019S，CS8900A等。嵌入式乙太網協議棧有著名的uIP協議棧，Lwip協議棧，還有其他嵌入式高手開發的協議棧。無論是硬體還是軟體，都無法分出高低，適合專案需求的才是最好的。

1.1 寫作理由

    再說明一下我寫作的理由。以前從淘寶上購買過ENC28J60，店家信誓旦旦地說能提供51AVR LPC STM32等多個平臺的程式碼，可以實現一個網頁控制LED。頭腦一熱買了回來，買回來才發現，店家提供的資料零零散散，不易弄懂。幾經週轉，發現原來這些ENC28J60的程式碼都出自一個地方——AVRNET，源自老外的一個開源專案。把最原始的程式碼拿來細細品味，乙太網協議就不那麼神祕了。在這裡說一下ENC28J60的使用，熟悉了ENC28J60的驅動可以分幾步走。第一步，通過ENC28J60移植uIP或者lwIP協議棧，實現TCP或是UDP通訊，第二，順著AVRNET專案走，實現一個簡單的web伺服器，執行靜態或者動態網頁。嵌入式乙太網和計算機乙太網開發不同，對於TCP通訊而言沒有socket套接字，對於網頁程式設計而言也沒有IIS或PHP，所示實現起來會相對麻煩，但是也非常有樂趣。

1.2 資料準備

    嵌入式乙太網開發是非常複雜的工作，在開始之前最好先大致瀏覽ENC28J60的使用手冊。除此之外，需要認真閱讀TCP IP相關知識，推薦一本圖書《嵌入式Internet TCP/IP基礎、實現和應用》。嵌入式開發是一個反覆借鑑的過程，該部分程式碼參考了AVRNET專案和奮鬥開發板的相關範例。【AVRNET專案網址連結】

雖然AVRNET專案所使用的MCU為ATmega32，但是認真閱讀原始碼之後也可以方便的移植到其他的MCU平臺，例如STM8、STM32和MSP430等。

2 暫存器和暫存器操作

    ENC28J60的暫存器很多，操作這些暫存器需要一個良好的程式碼組織工作。在AVRNET專案中，把ENC28J60的驅動分解成ENC28J60.h檔案和ENC28J60.c檔案

2.1 暫存器定義

    首先分析一下ENC28J60.h這個標頭檔案。閱讀資料手冊之後，會發現ENC28J60暫存器數量較多，通過分析和整理，操作ENC28J60的暫存器需要注意以下3點。

【1】共有三種不同形式的暫存器——控制暫存器，乙太網暫存器 和PHY暫存器，不同的暫存器以不同的字母開頭，以E、 MA和MI加以區分。操作這三種不同的暫存器需要不同的組合命令。

【2】 暫存器被分佈在4個不同的bank中，也就是說存在地址相同的暫存器，但是這些暫存器卻位於不同的分割槽中，在操作暫存器之前必須選中正確的bank。

【3】 雖然存在4個bank，但是有5個暫存器在4個bank的位置相同

AVRNET專案中，暫存器被定義成8位長度，而這8位長度包含了三個部分，地址bit7(最高位)用以區分PHY和MAC暫存器，PHY暫存器的操作最為特殊；地址bit6和bit5用以區分BANK，2位空間正好區分4個BANK；地址的最後5位才是暫存器的地址。通過這種方式就可以區分所有的暫存器了。列舉了幾行程式碼。由於標頭檔案很長，所以不全部列出。

// bank0 暫存器
#define ERDPTL            (0x00|0x00)
#define ERDPTH            (0x01|0x00)
#define EWRPTL            (0x02|0x00)
// bank1 暫存器
#define EHT0              (0x00|0x20)
#define EHT1              (0x01|0x20)
#define EHT2              (0x02|0x20)
// bank2 暫存器
#define MACON1           (0x00|0x40|0x80)
#define MACON2           (0x01|0x40|0x80)
#define MACON3           (0x02|0x40|0x80)
//bank3 暫存器
#define MAADR1           (0x00|0x60|0x80)
#define MAADR0           (0x01|0x60|0x80)
#define MAADR3           (0x02|0x60|0x80)

例如ERDPTH為位於BANK0的乙太網暫存器，第一個數字0x01代表BANKx中的具體地址，該地址為0x01，第二個數字0x00代表BANK編號，該BANK地址為0；EHT1為位於BANK1中的控制暫存器，第一個0x01代表BANKx中的具體地址，該地址為0x01，第二個0x20代表BANK編號，此處BANK編號為1。請注意由於BANK編號被儲存在BIT6和BIT5，所以此處為0x20而不是0x10；MACON2為位於BANK2的乙太網暫存器，第一個數字0x01代表在該BANKx中的暫存器地址，第二個數字0x40代表BANK編號，此處BANK編號為2，而第三個數字0x80代表該暫存器為乙太網暫存器或是PHY暫存器，該暫存器的操作比較特殊。

為了方便暫存器操作，標頭檔案中還定義了暫存器地址操作的掩碼，簡單而言就是需要檢視哪些位，不需要檢視哪些位。

/* 暫存器地址掩碼 */
#defineADDR_MASK        0x1F
/* 儲存區域掩碼 */
#defineBANK_MASK        0x60
/* MAC和MII暫存器掩碼*/
#defineSPRD_MASK         0x80

另外還有比較特殊的5個控制暫存器，EIE，EIR，ESTAT，ECON2和ECON1

/* 關鍵暫存器 */
#defineEIE                     0x1B
#defineEIR                     0x1C
#defineESTAT                   0x1D
#defineECON2                  0x1E
#defineECON1                  0x1F

2.2 暫存器操作命令

暫存器操作命令也可稱為暫存器操作碼。為了實現暫存器的操作，ENC28J60定義了6+1個暫存器操作命令(操作碼)。操作相關暫存器至少有讀暫存器命令，寫暫存器命令；傳送或接收乙太網資料則必有寫緩衝區命令或讀緩衝區命令；為了加快操作，對於某些控制暫存器而言還可以有置位或者清零某位的命令；最後加上一個軟體復位命令，錦上添花。

/* 讀控制暫存器 */
#define ENC28J60_READ_CTRL_REG         0x00
/* 讀緩衝區 */
#define ENC28J60_READ_BUF_MEM          0x3A
/* 寫控制暫存器 */
#define ENC28J60_WRITE_CTRL_REG        0x40
/* 寫緩衝區 */
#define ENC28J60_WRITE_BUF_MEM         0x7A
/* 位域置位 */
#define ENC28J60_BIT_FIELD_SET         0x80
/* 位域清零 */
#define ENC28J60_BIT_FIELD_CLR         0xA0
/* 系統復位 */
#define ENC28J60_SOFT_RESET            0xFF

2.3 接收和傳送緩衝區分配

乙太網資料的接收和傳送離不開驅動晶片內部的RAM，也可稱之為硬體緩衝區。ENC28J60包括8K 的硬體緩衝區，該硬體緩衝區一部分被接收緩衝區使用，另一部分為傳送緩衝區使用。控制ENC28J60的最終目的為操作該硬體緩衝區。執行乙太網傳送命令時，向傳送緩衝區中填充資料，並觸發相關暫存器傳送乙太網資料；執行乙太網接收命令時，通過查詢相關暫存器或者外部中斷的方式獲得乙太網資料輸入事件，接著從接收緩衝區中讀取相關資料。

(1) 把緩衝區劃分為兩個部分。把8K的硬體緩衝區劃分為兩個部分至少需要四個引數，接收緩衝區需要一個起始地址和一個結束地址加以描述，傳送緩衝區也需要一個起始地址和一個結束地址加以描述。最理想的方式，兩個緩衝區完全佔據了8K的硬體緩衝區，完美地利用這一空間。由於ENC28J60的暫存器長度為8位，而硬體緩衝區的大小為8K，所以前面提到的4個地址需要8個暫存器才可以完全描述，需要把單個地址分為高8位和低8位。在AVRNET專案中，接收緩衝區較大，而傳送緩衝區較小。在乙太網協議中，最大的報文長度為1518位元組，而最小報文長度為60位元組。傳送緩衝區等於或略大於1518位元組，剩餘的部分全部分配給接收緩衝區。接收緩衝區較大也是考慮到AVR的處理能力有限，若某個時間點收到多個乙太網報文，可以先把報文閒置與硬體緩衝區中，待MCU空閒時再從緩衝區中取出。

/* 接收緩衝區起始地址 */
#define RXSTART_INIT                0x00
/* 接收緩衝區停止地址 */
#define RXSTOP_INIT                 (0x1FFF - 0x0600 - 1)
/* 傳送緩衝區起始地址 傳送緩衝區大小約1500位元組*/
#define TXSTART_INIT                (0x1FFF - 0x0600)
/* 傳送緩衝區停止地址 */
#define TXSTOP_INIT                 0x1FFF

圖2.1 硬體緩衝區結構

(2) 對於傳送緩衝區而言，需要指定傳送緩衝區寫指標，使用寫緩衝區命令操作該部分緩衝區，寫指標的地址會不斷增長，若遇到結束地址會重新返回起始地址。對於接收緩衝區而言就稍微複雜一點，每次讀取之前必須明確該次操作時的讀指標位置，根據前文的程式碼，緩衝區讀指標的起始地址為0，在第一次讀操作發生之後需要立即計算下次讀操作的讀指標地址。ENC28J60讀緩衝區時，被讀取的內容並不全是乙太網負載，在乙太網負載之前還有下一個資料包的地址指標（佔兩個位元組），接收狀態向量（佔4個位元組），之後才是“真實”乙太網負載，該負載包括目標MAC地址，源MAC地址，資料包型別等等；最後為CRC校驗位元組。

圖2.2 接收資料包結構