1 引言
目前，网络技术在电子产品中的应用越来越广，更多的嵌入式设备需要提供网络接口，以方便与外部互联通讯。现在流行的大多数嵌入式 CPU（如ARM、PPC）都提供了此类接口，但对于一些相对复杂的嵌入式系统来说，可能需要扩展以太网口，以满足网络通讯需要。本文介绍一种新款网络接口芯片 DM9000A，它可以很方便的实现与嵌入式 CPU 的接口，实现扩展以太网口的功能。
2 DM9000A
DM9000A 是中国台湾 DAVICOM 公司推出的一款高速以太网接口芯片。其基本特征是：集成 10/100M 物理层接口；内部带有 16K 字节 SRAM 用作接收发送的 FIFO 缓存；支持 8/16bit 两种主机工作模式；通过 HP 认证的AUTO-Mdix（支持直接互连自动翻转）功能；支持 TCP/IP加速（IPV4 check sum offload）减轻 CPU 负担，提高整机效能；10ns I/O 读写时间。DM9000A 以太网控制器遵循 IEEE 颁布的 802.3 以太网传输协议。该电路还集成了 EEPROM 接口，自举时通过 EEPROM 接口输入到芯片中，从而实现自动初始化。
3 硬件接口设计
DM9000A 可以很方便的与目前主流的嵌入式 CPU 以 8 位或 16 位的总线方式连接，本文设计的系统 CPU 为 AT91RM9200，它是一个采用 ARM 核的 32 位微处理器。二者的接口设计如图 1。
系统上电时，AT91RM9200 通过总线配置 DM9000A内部网络控制寄存器（NCR）、中断寄存器（ISR）等，完成 DM9000A 的初始化。随后，DM9000A 进入数据收发等待状态。当 AT91RM9200 向以太网发送数据时，先将数据打包成 UDP 或 IP 数据包，并通过 16 bit 总线发送到 DM9000A 的数据发送缓存中，然后将数据长度等信息填充到 DM9000A 的相应寄存器内，使能发送。当 DM9000A 接收到外部网络送来的以太网数据时，首先检测数据帧的合法性，如果帧头标志有误或存在 CRC 校验错误，则将该帧数据丢弃。否则将数据帧缓存到内部 RAM，并通过中断标志位通知 AT91RM9200，由 AT91RM9200 对 DM9000A 接收到的数据进行处理。
4 Linux 驱动实现
4.1 Linux 网络驱动体系结构
在 Linux 操作系统中的设备驱动，根据各类外围 I/O 设备的不同，分为三类，即字符设备（如键盘、LCD）驱动、块设备（如硬盘、CF 卡）驱动和网络设备（如网卡）驱动。 Linux 网络设备驱动程序结构上由四部分组成（图 2）：网络协议接口，网络设备接口，设备驱动功能层及网络设备介质。

图 2  Linux 网络驱动体系结构
设计开发 Linux 网络驱动程序时，最主要的工作就是完成设备驱动功能层。类似于对字符设备和块设备的处理，为了屏蔽网络环境中物理网络设备的多样性，Linux 利用面向对象的思想对所有的网络物理设备进行抽象，定义了一个统一的接口。对于所有网络硬件的访问都是通过接口进行的，接口向用户提供了一个对于所有类型的网络硬件一致化的操作集合。Linux 内核提供的统一网络设备结构为 net_device，此结构体位于网络驱动层的核心地位。
net_device 中有很多供系访问和协议层调用的设备方法，其中包括： 
(1) dev->open：打开设备。open 方法应当注册网络设备需要的任何系统资源（I/O 口，IRQ，DMA 等），打开硬件，进行设备要求的其他设置。
(2) dev—>stop：停止设备。 该函数应当恢复在打开时进行的操作。
(3) dev->hard_start_xmit：发送报文。
(4) dev->tx_timeout：发送超时调用的方法，它应当处理这个问题并恢复报文发送。
(5) dev->set_mac_address：修改网络的硬件 MAC 地址。
网络驱动就是要实现这些具体的设备方法。
4.2 设备初始化
网络的初始化是设备工作的第一步。当系统加载网络驱动模块的时候，就会调用初始化过程。首先利用函数 request_mem_region 映射 DM9000A 的数据、地址端口，通过 dmfe_probe 函数检测网络物理设备是否存在，检测 DM9000A 内部串行 NIC 的值是否正确，然后再对设备进行资源配置，构造设备的 net_device 数据结构。包括一些低层硬件信息：base_addr（网络接口的 I/O 基地址）， irq（安排的中断号）等。
4.3 打开设备和关闭设备
open 方法在网络设备被激活时被调用，具体 DM9000A 的硬件初始化工作放到这里来做。对于 DM9000A 需要完成的初始化包括：对 DM9000A 内部上电，软件复位，通过 NCR 寄存器设置网络工作模式，可以选择设置内部或者外部 PHY、全双工或者半双工模式、使能唤醒事件等网络操作，对 RX／TX 中断使能，使能数据接收功能。调用 request_irq() 申请中断号登记中断处理函数，调用 netif_carrier_on 侦测连接状态。
启动定时器，调用 netif_start_queue 激活设备发送队列。
这里对 DM9000A 的中断设计做了一个特殊处理，通常 AT91RM9200 提供最多 32 个中断源，默认提供7个外部中断源，但对于较复杂的嵌入式系统，可能会面临中断源不够用的情况。由于 AT91RM9200 的 PIO 可以实现功能复用，因此，可以把多余的 IO 引脚配置为可用的中断源。故本系统中，设计 DM9000A 中断源与 AT91RM9200 外部 I/O 口 PD8 引脚相连。一个 PIO 端口的 32 个引脚共享一个中断 ID，只需要在中断状态寄存器中区分具体哪个引脚引起中断，然后转向特定的中断处理函数执行操作，就可以实现中断处理。
close 所做的工作和 open 相反，主要释放 open 获得的资源，以减少系统负担。
4.4 数据包发送
数据包的发送和接收是实现 Linux 网络驱动程序中两个最关键的过程，对这两个过程处理的好坏将直接影响到驱动程序的整体运行质量。