ENC28J60學(xué)習(xí)筆記——AVRNET項(xiàng)目

1前言
嵌入式以太網(wǎng)開(kāi)發(fā)，可以分為兩個(gè)部分，一個(gè)是以太網(wǎng)收發(fā)芯片的使用，一個(gè)是嵌入式以太網(wǎng)協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)。以太網(wǎng)收發(fā)芯片的使用要比串口收發(fā)芯片的使用復(fù)雜的多，市面上流通比較廣泛的以太網(wǎng)收發(fā)芯片種類還不少，有SPI接口的ENC28J60，也有并口形式的RTL8019S，CS8900A等。嵌入式以太網(wǎng)協(xié)議棧有著名的uIP協(xié)議棧，Lwip協(xié)議棧，還有其他嵌入式高手開(kāi)發(fā)的協(xié)議棧。無(wú)論是硬件還是軟件，都無(wú)法分出高下，適合項(xiàng)目需求的才是最好的。
1.1 寫作理由
在前言的最后，再說(shuō)明一下我寫作的理由。以前從淘寶上購(gòu)買過(guò)ENC28J60，店家信誓旦旦地說(shuō)能提供51 AVR LPC STM32等多個(gè)平臺(tái)的代碼，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)網(wǎng)頁(yè)控制LED。頭腦一熱買了回來(lái)，買回來(lái)才發(fā)現(xiàn)，店家提供的資料零零散散，非常難懂，雖然不貴僅僅需要40多元，現(xiàn)在只需要20多元。但是總感覺(jué)有欺騙的嫌疑，這也可以映射出中國(guó)人做技術(shù)買賣的原則，產(chǎn)品多是實(shí)物而非服務(wù)。幾經(jīng)周轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)原來(lái)這些ENC28J60的代碼都出自一個(gè)地方——AVRNET，源自老外的一個(gè)開(kāi)源項(xiàng)目。把最原始的代碼拿來(lái)細(xì)細(xì)品味，以太網(wǎng)協(xié)議就不那么神秘了。在這里說(shuō)一下ENC28J60的使用，熟悉了ENC28J60的驅(qū)動(dòng)可以分幾步走。第一步，通過(guò)ENC28J60移植uIP或者lwIP協(xié)議棧，實(shí)現(xiàn)TCP或是UDP通信，第二，順著AVRNET項(xiàng)目走，實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的web服務(wù)器，運(yùn)行靜態(tài)或者動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)。嵌入式以太網(wǎng)和計(jì)算機(jī)以太網(wǎng)開(kāi)發(fā)不同，對(duì)于TCP通信而言沒(méi)有windwos socke用，對(duì)于網(wǎng)頁(yè)編程而言也沒(méi)有ISS或PHP，所示實(shí)現(xiàn)起來(lái)會(huì)比較麻煩，但是也非常有樂(lè)趣。
1.2 平臺(tái)說(shuō)明
硬件平臺(tái) Atmega32 + proteus 7.10+WinPcap
編譯平臺(tái) AVR Studio 6
關(guān)于硬件平臺(tái)，由于AVRNET項(xiàng)目采用ATmega32，分析的時(shí)候也采用Atmega32。就ENC28J60而言，對(duì)于其他的平臺(tái)，例如STM32或是MSP而言只需要修改SPI操作即可。由于沒(méi)有硬件平臺(tái)，所以使用proteus仿真，注意仿真以太網(wǎng)是proteus需要安裝WinPcap。
關(guān)于編譯平臺(tái)，AVRNET項(xiàng)目使用的是AVR Stdui 4.XX。這個(gè)版本稍顯老舊，我就進(jìn)行了相關(guān)修改，在AVR Studio 6中重新編譯，并修正了幾個(gè)錯(cuò)誤。當(dāng)然其他的編譯平臺(tái)也適用。
總結(jié)一句，平臺(tái)選用原則——“求同存異”。
1.3 資料準(zhǔn)備
以太網(wǎng)開(kāi)發(fā)是非常復(fù)雜的工作，在開(kāi)始之前最好先大致瀏覽一些ENC28J60的使用手冊(cè)，MICROCHIP可以下載，中文版本閱讀非常方便。除此之外，需要認(rèn)真閱讀TCP IP相關(guān)知識(shí)，推薦一本圖書《嵌入式Internet TCP/IP基礎(chǔ)、實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用》。
嵌入式開(kāi)發(fā)總是一個(gè)反復(fù)借鑒的過(guò)程。該部分代碼參考了AVRNET項(xiàng)目和奮斗開(kāi)發(fā)板的相關(guān)范例。AVRNET項(xiàng)目網(wǎng)址鏈接http://www.avrportal.com/?page=avrnet。
2寄存器和寄存器操作

ENC28J60的寄存器很多，操作這些寄存器需要一個(gè)良好的代碼組織工作。在AVRNET項(xiàng)目中，把ENC28J60的驅(qū)動(dòng)分解成ENC28J60.h文件和ENC28J60.c文件。H文件中主要描述ENC28J60寄存器的基本定義，而C文件主要實(shí)現(xiàn)了這些寄存器的操作。

2.1寄存器定義

首先分析一下ENC28J60頭文件。閱讀數(shù)據(jù)手冊(cè)之后，會(huì)發(fā)現(xiàn)ENC28J60寄存器數(shù)量較多，通過(guò)分析和整理，操作ENC28J60的寄存器需要注意以下3點(diǎn)。

(1) 共有三種不同形式的寄存器——控制寄存器，以太網(wǎng)寄存器和PHY寄存器，不同的寄存器以不同的字母開(kāi)頭，以E、MA和MI加以區(qū)分。操作這三種不同的寄存器需要不同的組合命令。

(2) 寄存器被分布在4個(gè)不同的bank中，也就是說(shuō)存在地址相同的寄存器，但是這些寄存器卻位于不同的分區(qū)中，在操作寄存器之前必須選中正確的bank。

(3)雖然存在4個(gè)bank，但是有5個(gè)寄存器在4個(gè)bank的位置相同，它們是EIE、EIR、ESTAT、ECON1、ECON2。不言而喻，這5個(gè)寄存器將會(huì)非常重要。

AVRNET項(xiàng)目中，寄存器被定義成8位長(zhǎng)度，而這8位長(zhǎng)度包含了三個(gè)部分，地址bit7(最高位)用以區(qū)分PHY和MAC寄存器；地址bit6和bit5用以區(qū)分BANK，2位空間正好區(qū)分4個(gè)BANK；地址的最后5位才是寄存器的地址。通過(guò)這種方式就可以區(qū)分所有的寄存器了。列舉了幾行代碼。由于頭文件很長(zhǎng)，所以不全部列出。

// bank0寄存器

#defineERDPTL (0x00|0x00)

#defineERDPTH (0x01|0x00)

#defineEWRPTL (0x02|0x00)

// bank1寄存器

#defineEHT0 (0x00|0x20)

#defineEHT1 (0x01|0x20)

#defineEHT2 (0x02|0x20)

// bank2寄存器

#defineMACON1 (0x00|0x40|0x80)

#defineMACON2 (0x01|0x40|0x80)

#defineMACON3 (0x02|0x40|0x80)

//bank3寄存器

#defineMAADR1 (0x00|0x60|0x80)

#defineMAADR0 (0x01|0x60|0x80)

#defineMAADR3 (0x02|0x60|0x80)

例如ERDPTH為位于BANK0的以太網(wǎng)寄存器，第一個(gè)數(shù)字0x01代表BANK0中的地址，該地址為0x01，第二個(gè)數(shù)字0x00代表BANK編號(hào)，該編號(hào)為0，意味第0個(gè)BANK；EHT1為位于BANK1中的控制寄存器，第二個(gè)0x20代表BANK地址為1，請(qǐng)注意由于BANK編號(hào)被保存在bit6和bit5，所以此處為0x20，絕不是0x10；MACON2為位于bank2的以太網(wǎng)寄存器，第一個(gè)數(shù)字0x01代表在該BANK中的寄存器地址，第二個(gè)數(shù)字0x40代表BANK編號(hào)，而第三個(gè)數(shù)字0x80代表該寄存器為以太網(wǎng)寄存器或是PHY寄存器，這些寄存器的操作和控制寄存器有區(qū)別。

為了方便寄存器操作，h文件中還定義了寄存器地址操作的掩碼，簡(jiǎn)單而言就是需要查看哪些位，不需要查看哪些位。

/*寄存器地址掩碼*/

#defineADDR_MASK 0x1F

/*存儲(chǔ)區(qū)域掩碼*/

#defineBANK_MASK 0x60

/* MAC和MII寄存器掩碼*/

#defineSPRD_MASK 0x80

另外還有比較特殊的5個(gè)控制寄存器，EIE，EIR，ESTAT，ECON2和ECON1

/*關(guān)鍵寄存器*/

#defineEIE 0x1B

#defineEIR 0x1C

#defineESTAT 0x1D

#defineECON2 0x1E

#defineECON1 0x1F

2.2寄存器操作命令

寄存器操作命令也可稱為寄存器操作碼。為了實(shí)現(xiàn)寄存器的操作，ENC28J60定義了6+1個(gè)寄存器操作命令(操作碼)。操作相關(guān)寄存器至少有讀寄存器命令，寫寄存器命令；發(fā)送或接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)則必有寫緩沖區(qū)命令或讀緩沖區(qū)命令；為了加快操作，對(duì)于某些控制寄存器而言還可以有置位或者清零某位的命令；最后加上一個(gè)軟件復(fù)位命令，錦上添花。

/* 讀控制寄存器 */

#define ENC28J60_READ_CTRL_REG 0x00

/* 讀緩沖區(qū) */

#define ENC28J60_READ_BUF_MEM 0x3A

/* 寫控制寄存器 */

#define ENC28J60_WRITE_CTRL_REG 0x40

/* 寫緩沖區(qū) */

#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(tǒng)復(fù)位 */

#define ENC28J60_SOFT_RESET 0xFF

復(fù)制代碼

2.3接收和發(fā)送緩沖區(qū)分配

以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送離不開(kāi)驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)部的RAM，也可稱之為硬件緩沖區(qū)。ENC28J60包括8K的硬件緩沖區(qū)，該硬件緩沖區(qū)一部分被接收緩沖區(qū)使用，另一部分為發(fā)送緩沖區(qū)使用。操作ENC28J60的最終目的為操作該硬件緩沖區(qū)。執(zhí)行以太網(wǎng)發(fā)送命令時(shí)，向發(fā)送緩沖區(qū)中填充數(shù)據(jù)，并觸發(fā)相關(guān)寄存器發(fā)送以太網(wǎng)數(shù)據(jù)；執(zhí)行以太網(wǎng)接收命令時(shí)，通過(guò)查詢相關(guān)寄存器或者外部中斷的方式獲得以太網(wǎng)數(shù)據(jù)輸入事件，接著從接收緩沖區(qū)中讀取相關(guān)數(shù)據(jù)。

(1) 把緩沖區(qū)劃分為兩個(gè)部分。把8K的硬件緩沖區(qū)劃分為兩個(gè)部分至少需要四個(gè)參數(shù)，接收緩沖區(qū)需要一個(gè)起始地址和一個(gè)結(jié)束地址加以描述，發(fā)送緩沖區(qū)也需要一個(gè)起始地址和一個(gè)結(jié)束地址加以描述。最理想的方式，兩個(gè)緩沖區(qū)完全占據(jù)