开发指南51单片机+RTL8019上网编程指南.docx
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开发指南51单片机+RTL8019上网编程指南
RTL8019编程指南
（未完待续）
1.绪言
——单片机如何控制以太网网卡进行传输数据，如何加载TCP/IP协议连接到互联网，这些都是一些令人感兴趣的问题。
——可以说以太网和TCP/IP协议已经成为使用最广泛的协议，而其它总线协议如RS485、RS232，CAN，LANWORKS，都只是一些局部系统的总线。
——围绕以太网而制造的集线器，交换机已进入大小公司，企业，家庭。
我现在在众达天网公司，由于公司是搞电脑防火墙的，所以对网络的接触也越来越多，我研究的主要是网络的底层，并掌握了很多网络分析工具如（SNIFFER），对以太网和TCP/IP协议的研究就更加深入了。
——我比较熟悉的网卡是10M的网卡，100M的以太网卡还在研究之中。
曾经用单片机（89C52）控制和驱动10M的NE2000兼容型以太网卡与电脑主机传输数据。
——现在将我的一些研究成果写成一系列的文单，提供给大家。
也许有一天研究了100M的网卡之后，可以让单片机驱动它，那是可能的事，只不过接口可能会复杂一些。
——我所写的驱动程序并不是标准的，因为我没有学过UNIX，无法使用UNIX提供的原代码。
如果能使用UNIX的原代码，那将是很好的事。
我也正在接触UNIX和VC++，DDK等方面的内容，希望有一天能够重写我现在所写的驱动程序。
——我知道有很多人在了解单片机与以太网方面的东西，在BBS上也发现了很多这方面的内容，有些人的研究甚至比我还深入，我也希望能跟这些人交流交流，如果对我的文章感兴趣，当然可以给我发电子啦。
——在接下来的文章将介绍以太网协议，网卡驱动，IP协议，ICMP协议，ARP协议，TCP协议等。
----为帮助读者开发该tcp/ip的应用，本站制作了以太网开发板，可以购买。
2.以太网协议
——--以太网协议（用于10MBPS的以太网，作者以下所说的以太网均指10M以太网，而不是100M，1000M的以太网）
——以太网协议有两种，一种是IEEE802.2/IEEE802.3，还有一种是以太网的封装格式。
——现代的操作系统均能同时支持这两种类型的协议格式。
因此对我们来说只需要了解其中的一种就够了，特别是对单片机来说，不可能支持太多的协议格式。
——以太网的物理传输帧：
（仅介绍第二种格式）
PR
SD
DA
SA
TYPE
DATA
PAD
FCS
56位
8位
48位
48位
16位
不超过1500字节
可选
32位
——
——SD:
分隔位,表示下面跟着的是真正的数据,而不是同步时钟,为8位的10101011,跟同步位不同的是最后2位是11而不是10.
——DA:
目的地址,以太网的地址为48位（6个字节）二进制地址,表明该帧传输给哪个网卡.如果为FFFFFFFFFFFF,那么是广播地址,广播地址的数据可以被任何网卡接收到.
——SA:
源地址,48位,表明该帧的数据是哪个网卡发的,即发送端的网卡地址,同样是6个字节.
----TYPE：
类型字段，表明该帧的数据是什么类型的数据，不同的协议的类型字段不同。
如：
0800H表示数据为IP包，0806H表示数据为ARP包，814CH是SNMP包,8137H为IPX/SPX包，（小于0600H的值是用于IEEE802的，表示数据包的长度。
）
----DATA：
数据段，该段数据不能超过1500字节。
因为以太网规定整个传输包的最大长度不能超过1514字节。
（14字节为DA，SA，TYPE）
----PAD：
填充位。
由于以太网帧传输的数据包最小不能小于60字节,除去（DA，SA，TYPE14字节），还必须传输46字节的数据，当数据段的数据不足46字节时，后面补000000.....（当然也可以补其它值）
----FCS:
32位数据校验位.为32位的CRC校验,该校验由网卡自动计算,自动生成,自动校验,自动在数据段后面填入.对于数据的校验算法,我们无需了解.
----事实上,PR,SD,PAD,FCS这几个数据段我们不用理它,它是由网卡自动产生的,我们要理的是DA,SA,TYPE,DATA四个段的内容.
----所有数据位的传输由低位开始（但传输的位流是用曼彻斯特编码的）
----以太网的冲突退避算法就不介绍了,它是由硬件自动执行的.
DA+SA+TYPE+DATA+PAD最小为60字节,最大为1514字节.
----以太网卡可以接收三种地址的数据,一个是广播地位,一个是多播地址（我们用不上）,一个是它自已的地址.但网卡也可以设置为接收任何数据包（用于网络分析和监控）.
----任何两个网卡的物理地址都是不一样的,是世界上唯一的,网卡地址由专门机构分配.不同厂家使用不同地址段,同一厂家的任何两个网卡的地址也是唯一的.根据网卡的地址段（网卡地址的前三个字节）,可以知道网卡的生产厂家.有些网卡的地址也可以由用户去设定,但一般不需要.
3.网卡上电复位
----当你买到一个新的RTL8019AS网卡,你要先将该网卡设置为以下的配置：
操作方式OperatingMode：
跳线方式Jumperless（不是即插即用PlugandPlay）
端口I/Obase：
0240-25FH
中断Interrupt：
2/9（我的程序没有用到网卡中断，所以也可以不用设置）
你要将这个网卡插到你的电脑里，用这个网卡带的设置程序RSET8019.exe将这个卡按照上面的配置设置好。
（最好在纯DOS方式下设置）.
－－在介绍网卡驱动程序之前，先介绍一下RTL8019AS的基本情况:
3.1.输入输出地址：
共32个，地址偏移量为00H--1FH,（对应于240H－－25FH，240H的地址偏移量为0，241H的地址偏移量为1，。
。
。
25FH的地址偏移量为1FH）。
其中00H－－0FH共16个地址，为寄存器地址。
10H－－17H共8个地址，为DMA地址。
18H－－1FH共8个地址，为复位端口。
对于8位的操作方式，上面的地址中只有18个是有用的：
00H－－0FH共16个寄存器地址。
10HDMA地址（10H－－17H的8个地址是一样的，都可以用来做DMA端口，只要用其中的一个就可以了）
1FH复位地址。
（18H到1FH共8个地址都是复位地址，每个地址的功能都是一样的，只要其中的一个就可以了，但实际上只有18H,1AH,1CH,1EH这几个复位端口是有效的，其他不要使用，有些兼容卡不支持19H,1BH,1DH等奇数地址的复位）
3.2.跟复位有关的引脚：
RSTDRV连接到ISA总线的RSTDRV的引脚上。
RSTDRV同时也是ISA总线的复位信号。
RSTDRV为高电平有效，至少需要800ns的宽度。
给该引脚施加一个1us以上的高电平就可以复位。
施加一个高电平之后，然后施加一个低电平。
RSTDRV从高电平到低电平之后要等多久，单片机才可以对网卡进行操作？
复位的过程将执行一些操作，比如将93c46读入，将内部寄存器初始化等。
这些至少需要2毫秒的时间。
我们推荐大家等待更久的时间之后才对网卡操作，比如100毫秒之后才对它操作，以确保完全复位。
对RSTDRV可以接单片机的一个引脚进行对网卡的复位。
但也可以直接将RSTDRV跟单片机的RESET引脚并联，单片机复位的时候，网卡也复位，以减少一个单片机的引脚的使用。
这种情况下，为了保证能够完全复位，可以使用下面介绍的热复位代码。
3.3.跟复位有关的寄存器：
18H－－1FH共8个地址，为复位端口。
对该端口偶数地址的读，或者写入任何数，都引起网卡的复位。
3.4.跟复位有关的标志位：
其中的第7位RST跟复位有关。
网卡执行正确的复位之后该位为1。
在linux或windows的驱动程序中，一般在复位之后检查该标志位以确认是否正确复位，特别是在即插即用的检测过程中。
对于我们用单片机控制网卡来说，我们可以不检查该标志位，因为如果复位不正常的情况通常是网卡坏了。
3.5.寄存器：
00H－－0FH共16个地址是寄存器地址。
寄存器分成4页PAGE0--PAGE3，但NE2000兼容的寄存器只有3页（Page0-Page2），（第四页是RTL8019AS自己定义的，我们不用去管这些寄存器，因为你对第四页的寄存器的操作仅对这个网卡是有效的，如果你换成其他Ne2000兼容的网卡，例如DM9008,DP8390等，你的程序将无法正常运行。
为了保证驱动程序对所有Ne2000的网卡有效，不要去操作第四页的寄存器）
由于寄存器较多，我将在用到该寄存器的时候才对该寄存器介绍。
3.6.对网卡进行复位：
这是网卡驱动程序的需要做的第一个内容，由于我们将网卡设置为跳线模式，而不是即插即用的模式，RTL8019AS.PDF中介绍的PLUGandPLAY的一些过程，我们不需要做，因为单片机的资源有限，能够减少的操作，都尽量减少。
程序从main（）开始执行：
#include/*my.h为作者所用的头文件，包含所有89c52寄存器的大写和小写的定义，
和一些常用的子函数，一些宏的定义*/
main（）
{
delaymsecond（10）;//延时大约1秒,保证电源稳定和网卡自身的上电完成。
netcardreset（）;//复位网卡的子程序
。
。
。
。
}
下面介绍网卡的复位子程序：
#definereg1fXBYTE[0xdf00]//网卡的复位端口的地址，对应于网卡的地址25FH。
#defineuintunsignedint//uint代表unsignedint,作者一般使用缩写uint
#defineucharunsignedchar//uchar代表unsignedchar,我比较懒，不愿意多写
voidnetcardreset（）
{
uintdatai;
uchardatatemp;
reset=1;//使网卡的RSTDRV引脚变成高电平，网卡是高电平复位的。
for（i=0;i<250;i++）;//延时程序，至少需要
reset=0;//使网卡的RSTDRV引脚变成低电平，网卡上电复位完毕
for（i=0;i<250;i++）;
temp=reg1f;//读网卡的复位端口
reg1f=temp;//写网卡的复位端口
for（i=0;i<250;i++）;
}
上面所讲的实际上是网卡复位的两种情况，
reset=1;reset=0相当于冷复位
temp=reg1f;reg1f=temp相当于热复位
对网卡的复位端口的读或写将复位网卡，网卡内部将执行复位过程。
读写是随意的，写入任意的数都将复位网卡。
实际上只要使用冷复位就可以了，热复位程序可以不要。
热复位主要在电脑里有用，冷复位就像电脑的冷启动，热复位相当于电脑的热启动。
－－作者的复位网卡的过程是简化了的，一个电脑里的复位过程是比较复杂的，如果你有网卡驱动的UNIX,LINUX程序的源代码，它的代码将会做一些判断和检查，检查网卡是否存在，和是否工作正常，和是否存在地址和中断冲突。
但在我们的这个系统里可以省去这些，我们认为网卡的地址和I/O是没有冲突和正常工作的。
当然如果读者愿意，也可以写一些检查代码。
4.网卡初始化
----完成复位之后,你要对网卡的工作参数进行设置.以使网卡开始工作.
先介绍一个子函数
4.1.voidpage（ucharpagenumber）
#definereg00XBYTE[0xc000]//对应于地址240H为命令寄存器CR地址
voidpage（ucharpagenumber）
{
uchardatatemp;
temp=reg00;//commandregister
temp=temp&0x3f;
pagenumber=pagenumber<<6;
temp=temp|pagenumber;
reg00=temp;
}
错误修正:
（2001年11月10日）:
以上程序有问题,在中断驱动或发送数据包不作等待时,因为发送数据包的命令是让TXP置位,如果在发送数据包的过程中,使用该函数,就会不断地向外发送数据包.原因是TXP置位之后,只能是发完数据包的时候,由网卡内部将TXP位清0,命令不能使TXP清0,对该位写入0没有作用.读取时要屏蔽该位,上面的程序修正如下,请用户使用下面的程序:
voidpage（ucharpagenumber）
{uchardatatemp;
temp=reg00;
temp=temp&0x3B;//注意不是0x3F,TXP位在平时一定要置为0.
pagenumber=pagenumber<<6
temp=temp|pagenumber;
reg00=temp;
}
从实验当中也发现,只要再置位TXP位就可以重发该数据包（重发数据包时,不需要设置TPSTART,TBCR0,TBCR1）.
作用是选择指定的页,网卡共有4页寄存器，Ne2000兼容的有3页。
第四页可以不用。
4.2.reg00命令寄存器：
CR，commandregister，地址偏移量00H，为一个字节
位
7
6
5
4
3
2
1
0
名字
PS1
PS0
RD2
RD1
RD0
TXP
STA
STP
●PS1和PS0这两个位用来选择寄存器页,
PS1PS0=00时选择寄存器页0,=01时选择寄存器页1,=10时选择寄存器页2,=11时选择寄存器页3.上面的程序的参数为pagenumber,用来指定第几页。
temp=reg00;//读入命令寄存器的值。
temp=temp&0x3b;//将高2位，即PS1,PS0清0
pagenumber=pagenumber<<6;//将低2位移至高端
temp=temp|pagenumber,//写入高2位
reg00=temp;//设置第几页
当然也可以写成更加简单的几句：
temp=reg00&0x3B;
pagenumber=pagenumber<<6;
reg00=temp|pagenumber;
但这样对读者来说不好理解。
从执行的速度来说，上面的代码也不是最快的。
但作者主要讲述原理，而不是探讨最快的实现。
●RD2,RD1,RD0这3个位代表要执行的功能。
＝001读网卡内存
＝010写网卡内存
＝011发送网卡数据包
＝1**完成或结束DMA的读写操作
●TXP这个位写入1时发送数据包，发完自动清零
●STA，STP这两个位用来启动命令或停止命令
＝10启动命令
＝01停止命令
4.3.下面介绍网卡的初始化子程序：
voidne2000init（）
{
reg00=0x21;//选择页0的寄存器，网卡停止运行，因为还没有初始化。
reg01=0x4c;//寄存器Pstart
reg02=0x80;//Pstop
reg03=0x4c;//BNRY
reg04=0x45;//TPSR
reg0c=0xcc;//RCR
reg0d=0xe0;//TCR
reg0e=0xc8;//DCR数据配置寄存器8位数据dma
reg0f=0x00;//IMRdisableallinterrupt
page
（1）;//选择页1的寄存器
reg07=0x4d;//CURR
reg08=0x00;//MAR0
reg09=0x41;//MAR1
reg0a=0x00;//MAR2
reg0b=0x80;//MAR3
reg0c=0x00;//MAR4
reg0d=0x00;//MAR5
reg0e=0x00;//MAR6
reg0f=0x00;//MAR7
reg00=0x22；//选择页0寄存器，网卡执行命令。
}
PSTART接收缓冲区的起始页的地址。
PSTOP接收缓冲区的结束页地址。
（该页不用于接收）
BNRY指向最后一个已经读取的页（读指针）
CURR当前的接收结束页地址。
（写指针）
－－网卡含有16K字节的RAM，地址为0x4000-0x7fff（指的是网卡上的存储地址，而不是ISA总线的地址，是网卡工作用的存储器），每256个字节称为一页，共有64页。
页的地址就是地址的高8位，页地址为0x40--0x7f。
这16k的ram的一部分用来存放接收的数据包，一部分用来存储待发送的数据包。
当然也可以给用户使用。
（例如把网卡设置成使用8K的ram，另外8K的ram就可以用来给单片机作为存储器，但我没有这样做，原因是操作网卡上的ram比较复杂）
－－－在我的程序中使用0x40-0x4B为网卡的发送缓冲区，共12页，刚好可以存储2个最大的以太网包。
使用0x4c－0x7f为网卡的接收缓冲区，共52页。
因此PSTART=0x4c,PSTOP=0x80（0x80为停止页，就是直到0x7f，是接收缓冲区，不包括0x80）刚开始，网卡没有接收到任何数据包，所以，BNRY设置为指向第一个接收缓冲区的页0x4c）
这四个寄存器用于接收的设置。
－－CURR是网卡写内存的指针。
它指向当前正在写的页的下一页。
那么初始化它就应该指向0x4c＋1＝0x4d。
网卡写完接收缓冲区一页，就将这个页地址加一，
CURR＝CURR＋1。
这是网卡自动加的。
当加到最后的空页（这里是0x80,PSTOP）时，将CURR置为接收缓冲区的第一页（这里是0x4c，PSTART），也是网卡自动完成的。
当CURR＝BNRY时，表示缓冲区全部被存满，数据没有被用户读走，这时网卡将停止往内存写数据，新收到的数据包将被丢弃不要，而不覆盖旧的数据。
此时实际上出现了内存溢出。
－－－而BNRR要由用户来操作。
用户从网卡读走一页数据，要将BNRY加一，然后再写到BNRY寄存器。
当BNRY加到最后的空页（0x80，PSTOP）时，同样要将BNRY变成第一个接收页（PSTART，0x4c）BNRY=0x4c;
－－－CURR和BNRY主要用来控制缓冲区的存取过程，保证能顺次写入和读出）。
当CURR=BNRY+1（或当BNRY＝0x7f,CURR=0x4c）时，网卡的接收缓冲区里没有数据，表示没有收到数据包。
用户通过这个判断知道没有包可以读。
当上述条件不成立时，表示接收到新的数据包。
然后用户应该读取数据包，直到上述条件成立时，表示所以数据包已经读完，此时停止读取数据包。
－－TPSR为发送页的起始页地址。
初始化为指向第一个发送缓冲区的页，0x40。
－－RCR接收配置寄存器，设置为使用接收缓冲区，仅接收自己的地址的数据包（以及广播地址数据包）和多点播送地址包，小于64字节的包丢弃（这是协议的规定，设置成接收是用于网络分析），校验错的数据包不接收。
－－TCR发送配置寄存器，启用crc自动生成和自动校验，工作在正常模式。
－－DCR数据配置寄存器，设置为使用FIFO缓存，普通模式，8位数据传输模式，字节顺序为高位字节在前，低位字节在后（符合我们的习惯）（如果用16位的单片机，设置成16位的数据总线操作会更快，但80c52是8位总线的单片机）
－－IMR中断屏蔽寄存器，设置成0x00，屏蔽所有的中断。
设置成0xff将允许中断）
－－MAR0－－MAR8是设置多点播送的参数，这点我也不是很清楚，我从电脑读出来是什么数，我也将这8个寄存器设置成这几个数.由于我们不使用多点播送，所以不要紧，只要保证网卡能正常工作就可以了。
－－PAGE2的寄存器是只读的，所以不可以设置，不用设置
－－PAGE3的寄存器不是NE2000兼容的，所以也不用设置。
5.读取网卡的网卡地址
----完成上面的过程之后，网卡还不能正确的接收数据包，因为我们还没有对网卡的物理地址（网卡地址，48位的地址）进行设置。
网卡还不知道它应该什么地址的数据包。
要对网卡的物理地址进行设置，就必须知道网卡的物理地址是多少。
5.1.读取网卡的物理地址的子程序：
unionu
{
uintword;
struct{ucharhigh;ucharlow;}
bytes;
};
//我定义的数据结构，为两个字节的结构
//可以按照uint（unsignedint）来读取，也可以按照高低字节high和low来读取。
unionumynodeid[3];//存储网卡的物理地址
unionuprotocal;//临时变量
voidreadmynodeid（）
{
uchardatai,temp;
page（0）;
reg09=0;//寄存器RSAR1dmareadhighaddress=0
reg08=0;//RSAR0dmareadlowaddress=0;
reg0b=0;//RBCR1readcounthigh
reg0a=12;//RBCR0countlow
reg00=0x0a;//dmareadandstart
for（i=0;i<6;i++）
{
temp=reg10;//读取一个字节
if（i%2==0）
{protocal.bytes.high=temp;}
else{protocal.bytes.low=temp;mynodeid[i/2].word=protocal.word;}
temp=reg10；//读取一个重复的字节，这个字节被丢弃
}
}
5.2.256字节的RAM
--网卡除了16k（地址0x4000－0x7FFFF）的接收发送存储RAM之外，还有别的RAM,还有一块大小为256字节的RAM，地址为0x0000－0x00FF，这部分RAM是eeprom93C46的影像存储（不完全一样），存储的内容的一部分跟93C46存储的是一样的。
网卡在上电的时候将93C46的一部分内容读到这256字节的RAM里。
存储是WORD类型，其中地址：
0x0000-0x000b共12个字节是网卡的物理地址。
（网卡的物理地址是6个字节的，为什么要用12字节？
因为这12字节是重复存储的。
例如网卡物理地址0x52544CC118CF,存储在0x0000-0x000b里是这样的：
525254544C4CC1C11818CFCF
我们可以看到单和双的地址存储的是一样的。
0x000b后面的地址存储的是生产厂商的代码和产品标识代码，也是单双地址重复存储，这里就不说了。
5.3.这个程序又用到4个新的寄存器：
RSAR1RSAR0RBCR1RBCR0
这4个寄存器是专门用于读取网卡上面的ram的。
RSAR1网卡上的RAM的起始地址高8位
RSAR0网卡上的RAM的起始地址低8位
－－程序中的reg09，reg08都设成0，所以是从网卡上的0x0000地址开始读。
RBCR1要读取的字节数的计数（高8位）
RBCR0要读取的字节数的计数（低8位）
－－程序中的reg0b＝0，reg0a=12,所以要读取12个字节。
reg00=0x0a的意思是进行DMA的内存读取操作。
－－结果将网卡地址存储在mynodeid[3]（共6个字节）里。
}
6.设置网卡地址
以下程序是设置网卡的地址,只有符合这个地址的数据包才接收.
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