基于POWERPC860T芯片和VxWorks操作系统实现以太网通信系统设计
通过tcp/ip协议栈来实现数据通信，是目前大多数通信设备所必备的。在以太网上实现tcp/ip更是一种价廉物美的选择。本文描述的正是这种通信设备一种实现方法。
通信控制设备大多是嵌入式系统，求cpu功耗低、接口种类丰富。powerpc 860t芯片是摩托罗拉公司mpc860系列通信专用嵌入式cpu的产品，主要特点是增加了1个10/100m自适应以太网口，工作频率可达80mhz，广泛地用于中、高档通信设备。其内部结构框图如图1所示。
从图1中可以看出，860t芯片主要由微处理器内核（embedded poweprpc core）、系统接口单元siu（system interface unit）、通信处理器单元cpm（communication processor module）和快速以太网模块fem（fast ethernet module）等组成。由于860t中集成了许多外围接口的控制器，同flash、sram、sdram等各种存储器可实现无缝隙连接。外部通信接口一般只需添加线路接口单元。本文实现的系统硬件框图如图2所示。flash采用的是am29lv017，sram为sodimm sdram条。
cpu部分的4个scc均可配置为10m以太网控制器，fem为一个10/100m以太网自适应控制器。通过这些以太网控制器，只需简单的线路接口单元就可构成10m以太网口和10/100m自适应网口。该以太网口符合ieee802.3规范。实际使用中，860t设备多少个网口，应根据芯片的运行主频和接口要求来统筹考虑。在设计时，相关的性能计算可使用摩托罗拉公司推供的软件进行估算。我们在50 mhz mpc860t芯片上，实现了1个10m网口（采用scc1实现，如图3所示）和1个10/100m自适应网口（如图4所示）。
mpc860t中i/o口引脚几乎都有多种功能，通过对有关的寄存器进行设置或将某些引脚设置成指定电位，使得有关i/o口的功能为设计指定的功能。在设计时，可能会发现某些多功能引脚要么只能处于a功能，要么处于b功能，无法使得a、b功能同时满足。由于mpc860t的引脚多、各引脚的功能也多，为了能够尽快地确定各引脚的功能，可利用摩托罗拉公司提供的引脚功能安排工具，检查引脚功能上的冲突。
mpc860t是遵照powerpc结构体系的嵌入式芯片系列，因此可实现多任务操作，并支持多种内存映射方式，完全能够运行实时多任务操作系统，以便满足通信控制设备所要求的实时性。
wind river公司的vxworks实时多任务嵌入式操作系统是大多数实时嵌入式系统的首选，具有其它嵌入式操作系统无法比拟的内核代码少、裁剪性强、实时性强、软件模块多等优点。本文的多网口通信实现是在vxworks集成环境tornado 2.0下开发的。关于vxworks实时嵌入式操作系统可参见wind river公司的相关资料。
vxworks支持tcp/ip协议栈，用户程序可通过bsd套接字方式访问网络，工作方式和windows下的bsd套接字方式基本一样。
vxworks的tcp/ip协议栈与网络设备驱动的接口有两种。一种是标准的bsd4驱动程序。它将驱动程序和协议紧密关联在一起，不利于多协议的支持（后期bsd进行了改进，可实现多协议的支持）。vxworks不推荐使用bsd4驱动程序。另一种标准是vxworks专有的end（enhanced network driver）驱动程序。它通过一个称为mux的薄层，将驱动程序和协议栈隔离开，达到驱动程序独立于具体协议的目的，从而实现多协议的支持。end驱动程序技术多播和轮询通信方式。因此，我们采用end驱动程序方式来实现网络设备驱动程序，扩展通信功能。
vxworks的驱动程序既可以在启动时加载，也可以在系统启动后加载。不过网络驱动程序，最好是在启动时加载（本文采用此方式）。vxworks启动时，发起的tusrroot任务初始化网络任务的job队列，同时发起tnettask任务来处理网络任务中的job队列，调用muxdevload（）装载用户网络设备驱动程序。之后，通过muxdevstart（）启动该网络设备驱动程序。
用户驱动程序的中断例程，通过sysintconnect（）挂接在系统的中断结构上。一般在muxdevstart（）中完成该工作。
驱动程序的中断例程，一般尽可能少地做一些将接收的数据包搬移工作，以减少中断关闭的时间。用户的实际中断处理服务例程放在netjob任务中完成（中断例程通过netjobadd（）函数将实际中断处理服务例程加到netjob任务的队列中）。
用户在编写好驱动程序后，应根据要求修改板级支持软件包（bsp）中confignet.h的内容，以例系统正确加载。主要修改endtb1表。
修改config.h中的相关内容：在默认情况下，系统仅仅支持1个网络接口。如果在config.h包含了#define fads_860t，那么默认启动能够工作的是100m的网络接口（motfec0）；如果在config.h中没有包含#define fads_860t，那么默认启动能够工作的是10m的网络接口（cpm0）。
操作系统根据启动参数来对网络接口进行配置，简要流程如下：
①在usrroot（）中调用usrnetworkinit（）（在prjconfig.c中）。在usrnetworkinit（）中调用：
*usrnetprotoinit（）初始化网络协议堆栈（包括bsd socket support、host table、bsd4.4ipv4、bsd4.4udpv4、bsd4.4tcpv4、bsd4.4icmpv4、bsd4.4igmpv4以及调试和show facility部分等等）。
*muxlibinit（）初始化连接协议与end driver的mux层。
*usrendlibinit（）（在comps/src/net/usrendlib.c中）支持使用mux/end接口的网络设备。
*usrnetworkboot（）使用启动参数来初始化一个网络设备。
*usrnetappinit（）初始化网络应用协议和一些server，比如rpc、rlogin、telnet server以及ftp server等等。
②在usrendibinit（）中，遍历confignet.h内的enddevtb1［］数组，调用muxdevload（…）装载end驱动程序，并调用muxdevstart（…）将它启动。
③在usrnetworkboot（）中调用：
*usrnetboot（）从命令参数行（bootline）提取网络接口的ip地址、目标名字（target name）以及单元号（unit number）。
*usrnetmaskget（）获取接口的网络掩码。
*usrnetworkdevstart（）加入并配置一个网络设备（cpm或者motfec）。
④在usrnetworkdevstart（）中，调用usrnetenddevstart（…）、usrnetbsddevstart（…）以及usrnetloopbackstart（）。以上3个函数中，使用命令参数行启动了1个物理网络接口以及1个本地回路接口。
从以上流程来看，当定义了fads_860t时，默认根据命令参数行（在config.h中，有一个初始的默认值default_boot_line）启动并配置了一个motfec网络接口。
支持双网口时的修改：
①在config.h中加入#define include_cpm这一行。
②在confignet.h中，于#ifndef ip_max_units行之前加入1行：#undef ip_max_units。在默认情况下，由于仅仅支持motfec接口，ip_max_units的值为1。因此，需要重新定义ip_max_units，使其等于我们加入的mux有关的网络接口的个数。
③在usrnetenddevstart（…）中的#endif /*
cpu = =simnt*/行之后加入以下几行代码；
#ifdef fads_860t
#ifdef include_cpm
usrcpmenddevstart（“cpm”，1，ininfo［0］.target_name，inpnfo［0］.ip_address，ininfo［0］.netmask）;
routeadd（ipinfo［0］.network，ipinfo［0］.gateway）;
#endif
#endif/*fads_860t*/
以下是有关定义以及usrcpmenddevstart（…）的源代码：
struct cpmininfo{
char *target_name; /*目标的名称*/
char *ip_address; /*目标的ip地址*/
char *network； /*网络*/
int netmask; /*网络的掩码*/
char *gateway; /*网关*/
};
struct cpmininfo ipinfo［］= {
{null，null，null，0，null}，
{null，null，null，0，null}，
{null，null，null，0，null}
};
void usrcpmenddevstart （）;
void usrcpmenddevstart （
char* pdevname， /*设备的名称*/
int unitnum， /*单元号*/
char* ptgtname， /*目标机名称*/
char* paddrstring， /*网络地址*/
int netmask /*网络掩码*/
）
{
end_obj* pend；
m2_interfacetbl endm2tb1;
if（pdevname= =null）
return;
#ifdef include_end
pend=endfindbyname（pdevname，unitnum）;
if（pend= =null）{
printf（could not find %s%d，pdevname，unitnum）;
returm;
}
if（muxioctl（pend，eiocgmib2，（caddr_t）endm2tbl）= =error）}
printf（cannot perform eiocmib2 ioctl.）;
return;
}
if（ipattach（unitnum，pdevname）！=ok）{
printf（failed to attach to device %s，pdevname）;
return;
}
if（usrnetifconfig（pdevname，unitnum，paddrstring，ptgtname，netmask）！=ok）{
printf（failed to configure %s%d for ip.，pdevname，unitnum）;
return;
}
printf（attached tcp/ip interface to %s unit %d，
pdevname，unitnum）;
#endif /*include_end*/
return；
}
以上我们加入的设备名字由设备名和unit number组成。在加入第2个网络接口之前，第1个网络接口motfec0已经可以正常工作了。由于所有的enddriver都是通过遍历在confignet.h中的enddevtbl［］数组而启动的，因此第2个网络接口的unit number是1。依次数推，第3个网络接口的unit number是2…。我们加入的第2个网络接口的名字为cpml。
在支持双网口时，不同的网口应处在不同的网段上，每一个网口可支持多个网络地址。
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从图1中可以看出，860t芯片主要由微处理器内核（embedded poweprpc core）、系统接口单元siu（system interface unit）、通信处理器单元cpm（communication processor module）和快速以太网模块fem（fast ethernet module）等组成。由于860t中集成了许多外围接口的控制器，同flash、sram、sdram等各种存储器可实现无缝隙连接。外部通信接口一般只需添加线路接口单元。本文实现的系统硬件框图如图2所示。flash采用的是am29lv017，sram为sodimm sdram条。
cpu部分的4个scc均可配置为10m以太网控制器，fem为一个10/100m以太网自适应控制器。通过这些以太网控制器，只需简单的线路接口单元就可构成10m以太网口和10/100m自适应网口。该以太网口符合ieee802.3规范。实际使用中，860t设备多少个网口，应根据芯片的运行主频和接口要求来统筹考虑。在设计时，相关的性能计算可使用摩托罗拉公司推供的软件进行估算。我们在50 mhz mpc860t芯片上，实现了1个10m网口（采用scc1实现，如图3所示）和1个10/100m自适应网口（如图4所示）。
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vxworks的驱动程序既可以在启动时加载，也可以在系统启动后加载。不过网络驱动程序，最好是在启动时加载（本文采用此方式）。vxworks启动时，发起的tusrroot任务初始化网络任务的job队列，同时发起tnettask任务来处理网络任务中的job队列，调用muxdevload（）装载用户网络设备驱动程序。之后，通过muxdevstart（）启动该网络设备驱动程序。
用户驱动程序的中断例程，通过sysintconnect（）挂接在系统的中断结构上。一般在muxdevstart（）中完成该工作。
驱动程序的中断例程，一般尽可能少地做一些将接收的数据包搬移工作，以减少中断关闭的时间。用户的实际中断处理服务例程放在netjob任务中完成（中断例程通过netjobadd（）函数将实际中断处理服务例程加到netjob任务的队列中）。
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①在usrroot（）中调用usrnetworkinit（）（在prjconfig.c中）。在usrnetworkinit（）中调用：
*usrnetprotoinit（）初始化网络协议堆栈（包括bsd socket support、host table、bsd4.4ipv4、bsd4.4udpv4、bsd4.4tcpv4、bsd4.4icmpv4、bsd4.4igmpv4以及调试和show facility部分等等）。
*muxlibinit（）初始化连接协议与end driver的mux层。
*usrendlibinit（）（在comps/src/net/usrendlib.c中）支持使用mux/end接口的网络设备。
*usrnetworkboot（）使用启动参数来初始化一个网络设备。
*usrnetappinit（）初始化网络应用协议和一些server，比如rpc、rlogin、telnet server以及ftp server等等。
②在usrendibinit（）中，遍历confignet.h内的enddevtb1［］数组，调用muxdevload（…）装载end驱动程序，并调用muxdevstart（…）将它启动。
③在usrnetworkboot（）中调用：
*usrnetboot（）从命令参数行（bootline）提取网络接口的ip地址、目标名字（target name）以及单元号（unit number）。
*usrnetmaskget（）获取接口的网络掩码。
*usrnetworkdevstart（）加入并配置一个网络设备（cpm或者motfec）。
④在usrnetworkdevstart（）中，调用usrnetenddevstart（…）、usrnetbsddevstart（…）以及usrnetloopbackstart（）。以上3个函数中，使用命令参数行启动了1个物理网络接口以及1个本地回路接口。
从以上流程来看，当定义了fads_860t时，默认根据命令参数行（在config.h中，有一个初始的默认值default_boot_line）启动并配置了一个motfec网络接口。
支持双网口时的修改：
①在config.h中加入#define include_cpm这一行。
②在confignet.h中，于#ifndef ip_max_units行之前加入1行：#undef ip_max_units。在默认情况下，由于仅仅支持motfec接口，ip_max_units的值为1。因此，需要重新定义ip_max_units，使其等于我们加入的mux有关的网络接口的个数。
③在usrnetenddevstart（…）中的#endif /*
cpu = =simnt*/行之后加入以下几行代码；
#ifdef fads_860t
#ifdef include_cpm
usrcpmenddevstart（“cpm”，1，ininfo［0］.target_name，inpnfo［0］.ip_address，ininfo［0］.netmask）;
routeadd（ipinfo［0］.network，ipinfo［0］.gateway）;
#endif
#endif/*fads_860t*/
以下是有关定义以及usrcpmenddevstart（…）的源代码：
struct cpmininfo{
char *target_name; /*目标的名称*/
char *ip_address; /*目标的ip地址*/
char *network； /*网络*/
int netmask; /*网络的掩码*/
char *gateway; /*网关*/
};
struct cpmininfo ipinfo［］= {
{null，null，null，0，null}，
{null，null，null，0，null}，
{null，null，null，0，null}
};
void usrcpmenddevstart （）;
void usrcpmenddevstart （
char* pdevname， /*设备的名称*/
int unitnum， /*单元号*/
char* ptgtname， /*目标机名称*/
char* paddrstring， /*网络地址*/
int netmask /*网络掩码*/
）
{
end_obj* pend；
m2_interfacetbl endm2tb1;
if（pdevname= =null）
return;
#ifdef include_end
pend=endfindbyname（pdevname，unitnum）;
if（pend= =null）{
printf（could not find %s%d，pdevname，unitnum）;
returm;
}
if（muxioctl（pend，eiocgmib2，（caddr_t）endm2tbl）= =error）}
printf（cannot perform eiocmib2 ioctl.）;
return;
}
if（ipattach（unitnum，pdevname）！=ok）{
printf（failed to attach to device %s，pdevname）;
return;
}
if（usrnetifconfig（pdevname，unitnum，paddrstring，ptgtname，netmask）！=ok）{
printf（failed to configure %s%d for ip.，pdevname，unitnum）;
return;
}
printf（attached tcp/ip interface to %s unit %d，
pdevname，unitnum）;
#endif /*include_end*/
return；
}
以上我们加入的设备名字由设备名和unit number组成。在加入第2个网络接口之前，第1个网络接口motfec0已经可以正常工作了。由于所有的enddriver都是通过遍历在confignet.h中的enddevtbl［］数组而启动的，因此第2个网络接口的unit number是1。依次数推，第3个网络接口的unit number是2…。我们加入的第2个网络接口的名字为cpml。
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