专题8-网卡搭建新通道

一.网络模型
1.OSI（开放式系统互联模型）

从上往下依次是：应用层，表示层，会话层，传输层，网络层，数据链路层，物理层。
2.Linux四层模型：从上往下依次是应用层，传输层，IP层，网络接口层。基于TCP/IP协议栈的模型。

二.DM9000物理结构
1.原理图

工作实质就是MAC通过MII控制PHY的过程。
2.网卡和网络模型的映射关系

MAC对应的是数据链路层，PHY对应的是物理层
3.MAC的工作原理

当网络协议栈的IP包送到网卡的时候，先要到达MAC，MAC就根据数据链路层的协议对接收到的数据进行封装，将IP包封装成以太网包，完成数据帧的构建。当然它还具备数据纠错以及传送控制等功能。
4.关于PHY
PHY是物理接口收发器。主要和实际的传输硬件打交道。他接收到来自MAC的以太网包，先加上校检码。然后按照物理层的规则进行数据编码，然后传输到物理介质，接受过程则与之相反。

5.MII即媒体独立接口。表明在MAC一定情况下，更换PHY是不会影响系统的工作的。因为他们最后都要遵循MII接口。故MII起到了MAC和PHY之间通信的桥梁作用。

三.DM9000的编程接口
1.DM9000的接口不是绝对开放的，不能像访问nand控制器那样直接按照地址去访问相关寄存器。
2.但是他提供了两个可以供CPU访问的接口，一个是index另一个是数据端口。
3.index的地址在mini2440上是0x20000300.原因是
（1）mini2440的原理图中

dm9000的片选信号AEN就是接到nLAN_CS片选。再看CPU原理图

我们可以看到nLAN_CS实质接在nGCS4上。再看datasheet

可以看到nGCS4对应的片选信号是0x20000000开头的，在0x20000000-0x28000000之间。所以index的地址开头是0x2********。即片选地址
（2）再看DM9000的datasheet

再看DM9000的TXD【2:0】的引脚接线情况

发现都是0，所以I/O base的地址是300H。即相对片选地址的位置。（相对地址，片选地址相当于基地址）。
（3）不管是index端口还是数据端口都是用SD0-SD15来传递数据。所以要区分具体某一时刻，这些数据到底是给那一个接口用。于是利用CMD引脚来区别。当CMD引脚是高电平的时候，SD上的数据是给数据接口用的，当CMD是低电平的时候，是给index接口用的。index接口是用来传递偏移量的。可以看到CMD接到CPU的ADDR2，当他为1的时候，就是为数据接口传送数据，即地址是0x20000304.当ADDR2为0的时候，SD是为index接口传送偏移量，即ADDR2为0，即地址是0x20000300.故我们找到了，片选地址，I/O base地址，以及数据接口地址。

四.DM9000初始化
1.片选信息设置
（1）数据宽度（BWSCON）
（2）时序信号填写（BANKCON4）

2.中断初始化
（1）从原理图找到DM9000使用的中断源
（2）配置相应的中断引脚
（3）设置中断触发方式（高电平，EXTINT0）
（4）使能中断，设置中断屏蔽寄存器（INTMSK，EINTMSK）
（5）清除中断标志（SRCPND，INTPND，EINTPND）

3.复位设备
（1）实现往DM9000读写数据的函数
（2）设置I/O为输出模式
（3）通过对GPIO0写0为内部的PHY提供电源
（4）软件复位（自动清0），MAC内部回环模式
（5）对（4）中的寄存器全部写入0
（6）重复（4）（5）

4.捕获网卡
（1）读取厂家ID
（2）读取product的ID
（3）将两个ID组合与之前预定义的网卡ID进行对比

5.MAC初始化
参照u-boot设置MAC

6.填充MAC地址
利用循环分别填写六个寄存器，对应MAC地址的6个段

7.激活DM9000
参照u-boot设置相关寄存器即可。

8.初始化代码

五.发送函数（有两个参数，待发送数据和发送长度）
1.禁止中断，避免干扰
（1）DM9000的IMR寄存器。
2.写入发送数据的长度
将长度分两次写入寄存器
3.写入待发送的数据
（1）将MWCMD赋值给地址端口，做好准备，MWCMD会自动将数据送到TX SRAM中。
（2）利用循环，将数据写入数据端口
4.启动发送
往TCR寄存器中写入命令，请求开始发送
5.等待发送结束
当发送结束的时候，TCR的0位会自动清0，所以去等待他变0即可。
6.判断发送结果是否正确，清除发送状态
往NSR寄存器中写入0x2C即可
7.打开中断，等待接收数据
将IMR的中断打开即可。（设置最后一位为1即可）

六.接收函数
接收是中断处理的，接收到一个包就会产生中断。在中断处理的时候调用接收函数。
1.判断是否产生中断，是就继续，否则退出接收函数
读取ISR寄存器第0位即可。
2.清除中断
ISR寄存器第0位写1即可。
3.空读
读取MRCMDX寄存器
4.读取包的状态和长度
读取MRCMD寄存器得到状态，此时地址端口的数据就是对应MRCMD的偏移量，所以可以直接读取此时数据寄存器的值，不用再重新指定偏移量，就可以得到长度。在长度后面会自动送入有效的数据，所以后面可以页直接读数据寄存器得到有效数据。
5.读取包的数据
在读取数据之前应该对读到的长度进行检查，看是否小于以太网包的最大长度。然后利用for循环读取数据，注意数据的组合方式。

七.中断处理函数
1.调用接收函数存放接收到的数据
2.清除中断标志（SRCPND，INTPND，EINTPND）。

3.中断文件的关键代码


3.关于ARP函数的实现请看下文

八.ARP协议实现
1.以太网通讯格式
在计算机网络中，根据不同层的协议对要传输的数据进行封装，最重要实现的协议通常是以太网协议，即数据链路层协议。以太网包格式。

2.ARP功能简介
在计算机网络中，MAC地址是物理层的地址，是计算机唯一的身份标识。两台计算机要实现通信，必须知道彼此的MAC地址，但是一般情况用户只知道目标机的IP地址，这个时候，就可以用ARP（地址解析协议）来向局域网中的所有计算机发送ARP请求包，当然这个请求包有目标机的IP地址，符合条件的目标机接收到请求包以后，会作出应答，不符合条件的忽略该请求包。在应答包中目标机会将自己的MAC地址反馈给用户。所以ARP是一种通过IP地址获取MAC地址的协议。
3.ARP包格式

4.代码实现
（1）发送ARP请求包
--》构造请求包
          --》ARP帧类型是0806

--》当未知MAC地址的时候，设置为全F
--》硬件类型是指硬件地址对应的类型，即以太网类型，编号为1
--》协议类型是指协议地址对应的类型，在这里协议地址是IP地址，IP类型的编号是0800
--》硬件地址长度即以太网地址长度，6个字节
--》协议地址长度即Ip地址长度4个字节
--》op为1表示请求，为0表示应答
--》发送端以太网地址就是以太网源地址，事先制定的，6个字节
--》发送端Ip地址是事先制定的，4个字节，注意：要和PC在同一网段
--》目的以太网地址，暂时不填，要获取的就是该数据
--》目的Ip地址就是PC的Ip实际地址。

--》调用DM9000发送函数发送包
          --》可以讲上述构建的ARp请求包的地址赋值给u8 的指针，让该数组指向该请求包
          --》然后发送长度为：（以太网）14 + （ARP真正请求部分）28.
--》头文件对数据结构进行创建

那些extern变量在dm9000.c里定义，根据自己PC的IP来决定host_ip_addr
[img]https://app.yinxiang.com/shard/s38/res/4e062e5d-7eff-4632-9470-6597d79287c8.png?resizeSmall&width=1553[/img]
（2）在网络中默认主机是大端格式的，涉及到网络字节序。所以在发送端存储数据的时候要按照大端格式存储。所以整个包都要征对象的修改，地址可以不用改，但是数据要改。只针对由两个字节构成的数据，一个字节长度的不用改。涉及到地址都会用到memcpy函数。
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（3）解析ARP应答包，提取目标机MAC地址。
--》返回类型为u8
--》打印信息时候注意格式控制
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（4）抓包效果
--》我的PC的参数
[img]https://app.yinxiang.com/shard/s38/res/77690ae6-f4fd-4df6-841e-857338f57d6e.png?resizeSmall&width=1553[/img]
--》Wireshark的效果
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表明发送请求成功
--》看串口输出信息
[img]https://app.yinxiang.com/shard/s38/res/66edd583-193c-45e9-86d4-13dfb412955e.png?resizeSmall&width=1553[/img]
表明解析成功。所以网卡驱动以及ARP协议都实现了。
注意：抓包的时候，必须让PC和开发板连接到用一个路由器。而且这个路由器最好不要联通外网，否则抓包效果不明显，因为很可能一旦接通外网，有很多计算机和你会在同一网段，你会接受到来自其他计算机的广播，不一定是ARP广播。