嵌入式以太网第一部分——ENC28J60网卡驱动

目录：

1：概述

2：enc28j60寄存器描述和SPI指令

3：读写寄存器函数

4：缓冲器描述和读写缓冲器函数

5：发送和接受数据包函数

1、概述：

1.1：以太网是实现LAN的一种技术，它允许嵌入式系统连接到一个LAN中，并可通过使用网关经Internet连接到外部世界，以太网的主要目的是向LAN发送和从LAN接收以太网帧，在TCP/IP协议族中，不包括以太网协议，可以理解它为TCP/IP中的网络接口层（物理层和数据链路层），为TCP/IP中的上层协议(比如：IP协议和ARP协议)提供服务；

1.2：ENC28J60是带SPI接口的以太网控制器，支持IEEE802.3协议，当然，也兼容Ethernet第二版的协议，此协议帧结构简单，被大量使用；

1.3：以太网帧结构：目的mac地址+源mac地址+协议类型+数据；

1.4：本篇编写ENC28J60驱动，实现以太网控制，将我们的嵌入式设备连接到LAN中，并使用ping命令进行测试；

1.5：enc28j60驱动实现需完成三步：（1）读写缓冲区函数实现；（2）发送和接受缓冲器实现；（3）enc28j60初始化，本篇实现先两步；

1.6：参考项目：AVRNET项目

1.7：开发板：STM32F103ZERT 奋斗开发板V5 软件环境：KEIL MDK5

2、Enc28j60寄存器描述和SPI指令

2.1：寄存器描述：enc28j60寄存器主要分2类，控制寄存器和PHY寄存器；

控制寄存器：存储空间分为四个存储区(bank)，可使用ECON1中的BSEL1：BSEL0进行选择，可以使用2个bit进行指定。每个bank都是32字节长，可以使用5个bit进行寻址。控制寄存器常被分为三类，ETH、MAC、MII三组寄存器，MAC和MII寄存器的读指令协议和ETH寄存器的有区别，可以用1个bit来标识，所以可以用一个字节来描述寄存器的地址、分组、类别，定义是：bit0:bit4表示寄存器的地址，bit5:bit6表示寄存器分组，bit7最高位表示寄存器类别，所有寄存器在enc28j60.h中定义，如下：

// Bank 2 registers
#define MACON1           (0x00|0x40|0x80)
#define MACON2           (0x01|0x40|0x80)
#define MACON3           (0x02|0x40|0x80)
#define MACON4           (0x03|0x40|0x80)
#define MABBIPG          (0x04|0x40|0x80)
#define MAIPGL           (0x06|0x40|0x80)
#define MAIPGH           (0x07|0x40|0x80)
#define MACLCON1         (0x08|0x40|0x80)
#define MACLCON2         (0x09|0x40|0x80)
#define MAMXFLL          (0x0A|0x40|0x80)
#define MAMXFLH          (0x0B|0x40|0x80)
#define MAPHSUP          (0x0D|0x40|0x80)
#define MICON            (0x11|0x40|0x80)
#define MICMD            (0x12|0x40|0x80)
#define MIREGADR         (0x14|0x40|0x80)
#define MIWRL            (0x16|0x40|0x80)
#define MIWRH            (0x17|0x40|0x80)
#define MIRDL            (0x18|0x40|0x80)
#define MIRDH            (0x19|0x40|0x80)

PHY寄存器：PHY寄存器不能通过SPI指令直接去读写，需通过控制MII寄存器去实现读写；

2.2：SPI指令

enc28j60是SPI接口的以太网控制器，所有的配置和读写都需要通过SPI指令去执行，指令在enc28j60.h中定义，如下：

/*SPI指令集*/
typedef enum
{ENC28J60_READ_CTRL_REG  = 0X00,       //读控制寄存器操作码ENC28J60_WRITE_CTRL_REG = 0x40,       //写控制寄存器操作码 ENC28J60_BIT_FIELD_SET  = 0x80,       //寄存器位域置1操作码，只用于ETH控制寄存器ENC28J60_BIT_FIELD_CLR  = 0xA0,       //寄存器位域清0操作码，只用于ETH控制寄存器ENC28J60_READ_BUF_MEM   = 0x3A,       //读缓冲区操作码ENC28J60_WRITE_BUF_MEM  = 0x7A,       //写缓冲区操作码ENC28J60_SOFT_RESET     = 0xFF,       //软件复位操作码
}OPERATION_CODE;

3、读写寄存器函数

3.1：控制寄存器读写函数

可以调用 enc28j60Write_ctl_register和enc28j60Read_ctrl_register对控制寄存器进行读写，同时，ETH类的寄存器支持位操作，大大方便了寄存器的操作，可以使用enc28j60Write_instruction和enc28j60Read_instruction完成ETH寄存器的位操作；

/**************************
*func:SPI写指令函数
*parameter:instruction:spi操作码;address:寄存器地址;data:需写入的数据
*return:void
***************************/
void enc28j60Write_instruction(OPERATION_CODE instruction, unsigned char address, char data)
{unsigned char dat = 0;//使能片选信号CS_LOW();      //得到包括操作码和寄存器地址的一个字节dat = instruction | (address & ADDR_MASK);//发送操作码和寄存器地址SPI_Send_Byte(dat);//发送数据SPI_Send_Byte(data);//禁止片选信号CS_HIGH();
}/*************************
*func:SPI读指令函数
*parameter:instruction:spi操作码;address:寄存器地址;
*return:读取到的寄存器值
**************************/
unsigned char enc28j60Read_instruction(OPERATION_CODE instruction, unsigned char address)
{unsigned char dat = 0;//使能片选信号CS_LOW();//得到包括操作码和寄存器地址的一个字节dat = instruction | (address & ADDR_MASK);//发送操作码和寄存器地址SPI_Send_Byte(dat);//读取寄存器的值dat = SPI_Receive_Byte();//如果寄存器是MAC/MII寄存器，第一个读取的字节无效，再次读取if(address & 0x80){dat = SPI_Receive_Byte();}//禁止片选信号CS_HIGH();        /*返回寄存器的值*/return dat;
}/*************************
*func:选择bank编号
*parameter：address:寄存器地址
*return:void
*************************/
void enc28j60SetBank(unsigned char address)
{// 判断本次操作的寄存器地址所在的bank和当前Enc28j60Bank是否一致，如果一致，不用进行本次操作if((address & BANK_MASK) != Enc28j60Bank){//使用位域置1操作码，设置ECON1寄存器的BSEL0和BSEL1进行存储区的选择enc28j60Write_instruction(ENC28J60_BIT_FIELD_CLR, ECON1, (ECON1_BSEL1|ECON1_BSEL0));enc28j60Write_instruction(ENC28J60_BIT_FIELD_SET, ECON1, (address & BANK_MASK)>>5);Enc28j60Bank = (address & BANK_MASK);}
}/*写控制寄存器函数*/
void enc28j60Write_ctl_register(unsigned char address, char data)
{//依据address确定bank分区enc28j60SetBank(address);//写寄存器enc28j60Write_instruction(ENC28J60_WRITE_CTRL_REG, address, data);
}/*读控制寄存器函数*/
unsigned char enc28j60Read_ctrl_register(unsigned char address)
{//依据address确定bank分区enc28j60SetBank(address);//读寄存器return enc28j60Read_instruction(ENC28J60_READ_CTRL_REG, address);
}

3.2：PHY寄存器读写函数：设置PHY寄存器是通过设置MII寄存器来实现；

/**********************
*func:写PHY寄存器
*parameter: address:PHY寄存器地址 data:需要写入的数据
*return:void
***********************/
void enc28j60Write_phy_register(unsigned char address, unsigned int data)
{/*将要写入PHY寄存器的地址写入MIREGADR寄存器*/enc28j60Write_ctl_register(MIREGADR, address);  /*将数据的第八位写入MIWRL寄存器*/ enc28j60Write_ctl_register(MIWRL, data);  /*将数据的高八位写入MIWRH寄存器*/ enc28j60Write_ctl_register(MIWRH, data>>8); /*等待MISTAT.BUDY位置1*/while(enc28j60Read_ctrl_register(MISTAT) & MISTAT_BUSY);
}

4、缓冲器描述和读写缓冲器函数

3.1：缓冲器描述

Enc28j60缓冲器大小为8K,分成单独的发送和接受空间。接受缓冲器：硬件管理的循环FIFO缓冲器，寄存器对ERXST和ERXND作为指针，定义缓冲器的容量和其在存储器中的位置；ERXWRPT寄存器定义硬件向FIFO中的哪个位置写入其接收到的字节，硬件会自动自动跟新这个地址；ERXRDPT寄存器定义了禁止接受数据的位置，即如果接受的数据没有被主控制器接受的话，如果在有新的数据到达ERXRDPT寄存器定义的地址的时候，新来的数据会被丢弃，所以，每次读数据包后，需要给ERXRDPT赋初值，以释放接受缓冲空间，主要起到保护数据的作用，同时ERXRDPT和ERXWRPT两个寄存器可以得到缓冲区的剩余空间；发送缓冲区：8KB内没有被设定为接受FIFO缓冲区的空间均可作为发送缓冲区，ETXST和ETXND指定缓冲区的大小和位置。ERDPT和EWRPT是独立的读写指针，发送和接受数据包的时候会设置；

缓冲区大小的配置方案：总共8192个字节大小的缓冲区，用1500字节的空间用来作为发送缓冲区，剩下的大部分的空间作为接受缓冲区，局限于嵌入式设备的处理速度，这样的配置可以提高数据的接受能力；

3.2：读写缓冲器函数

/*******************************2:以太网缓冲区操作函数****************************/
/**************************
*func:写缓冲区
*parameter: cnts:写入缓冲区的字节数 buff:存放需要写入的缓冲区的数据
*return:void
***************************/
void enc28j60WriteBuff(unsigned char cnts,unsigned char *buff)
{/*使能片选信号*/CS_LOW();/*发送写缓冲区指令0x7A*/SPI_Send_Byte(ENC28J60_WRITE_BUF_MEM);/*循环发送数据*/for(;cnts>0;cnts--){SPI_Send_Byte(*buff++);}/*禁止片选信号*/CS_HIGH();
}/****************************
*func:读缓冲区
*parameter: cnts:读取缓冲区的字节数 buff:存放从缓冲区读出来的数据
*return:void
*****************************/
void enc28j60ReadBuff(unsigned char cnts,unsigned char *buff)
{/*使能片选信号*/CS_LOW();/*发送读缓冲区指令0x3A*/SPI_Send_Byte(ENC28J60_READ_BUF_MEM);for(;cnts>0;cnts--){*buff++ = SPI_Receive_Byte();}/*禁止片选信号*/CS_HIGH();
}

4、发送和接受数据包函数

4.1：发送数据包
1> 每次发送数据包，都是从发送缓冲区的起始地址开始发送，所以要设置EWRPT写指针的值为发送缓冲区的起始地址；
2> 根据所需发送数据包的长度，设置ETXND发送缓冲器结束地址，数据包长度设置不能超过你的发送缓冲区的大小；
3> 发送一个包控制字节，然后发送数据包，最后使能发送，开始发送数据包给其他设备的网络接口；

/**************************************4:数据包接受和发送函数*******************************/
/***************************
*func:发送一个数据包至网络
*parameter: buffer:需要发送的数据包指针 length:数据包长度
*return：void
***************************/
void enc28j60_packet_send ( unsigned char *buffer, unsigned int length )
{/*设置发送缓冲区起始地址*/enc28j60Write_ctl_register(EWRPTL, (unsigned char)TXSTART_INIT);enc28j60Write_ctl_register(EWRPTH, (unsigned char)TXSTART_INIT>>8 );/*根据发送包的长度，设置发送缓冲区的结束地址*/enc28j60Write_ctl_register(ETXNDL, (unsigned char)(TXSTART_INIT+length));enc28j60Write_ctl_register(ETXNDH, (unsigned char)((TXSTART_INIT+length)>>8));/*发送一个包控制字节*/enc28j60Write_instruction(ENC28J60_WRITE_BUF_MEM, 0, 0x00);/*发送数据包*/enc28j60WriteBuff(length,buffer);/*发送逻辑正在尝试发送数据包*/enc28j60Write_instruction(ENC28J60_BIT_FIELD_SET, ECON1, ECON1_TXRTS);/*如果发送错误,再次启动发送逻辑*/if((enc28j60Read_ctrl_register(EIR) & EIR_TXERIF) ){enc28j60Write_instruction(ENC28J60_BIT_FIELD_CLR, ECON1, ECON1_TXRTS);}
}

4.2：接受数据包

首先，接收到的数据包的格式，如下图：

1> 读取寄存器获得接收缓冲区中共有多少个数据包，有数据包，继续执行；

2> 设置从哪个地址去读取这个数据包，代码中定义了一个变量NextPacketPtr，16位的整形变量，存取的是将要读取数据包的地址，这个变量在初始化函数中被赋值为接受缓冲区的起始地址，在每次接受数据包之前，先将数据包中的下一帧数据包的地址信息取出来给它赋值，让它重新指向下一帧数据包，读写格式为小端模式；

3> 从数据包中的状态向量获得数据包长度(目的地址+源地址+协议类型+数据+填充+CRC)，读写格式为下端模式；

4> 读接收缓冲区数据，读之前会做一些数据包长度和接受是否正确的判断；

5> 释放接受缓冲空间，ERXRDPT寄存器赋初值，并且将NextPacketPtr赋给它，让它也指向下一帧数据；

6> 最后我们读走了一包数据，数据包个数减1；

/*************************
*func:从网络接收一个数据包
*parameter: buffer:接收数据包缓冲指针 max_length:最大字节数
*return:返回读取的字节数
**************************/
char num = 0;
unsigned int enc28j60PacketReceive ( unsigned char *buffer, unsigned int max_length )
{unsigned int rxstat = 0;unsigned int length = 0;/*是否收到以太网数据包*/num = enc28j60Read_ctrl_register(EPKTCNT);if( enc28j60Read_ctrl_register(EPKTCNT) == 0 ){return 0;}/*设置读缓冲指针地址*/enc28j60Write_ctl_register(ERDPTL, (NextPacketPtr));  enc28j60Write_ctl_register(ERDPTH, (NextPacketPtr)>>8);/*读下一个包的起始地址,从缓冲区中读取16位的数据*/NextPacketPtr  = enc28j60Read_register_instruction(ENC28J60_READ_BUF_MEM, 0);  NextPacketPtr |= enc28j60Read_register_instruction(ENC28J60_READ_BUF_MEM, 0)<<8; /*从接收状态向量得到包的长,从缓冲区中读取16位的数据*/length  = enc28j60Read_register_instruction(ENC28J60_READ_BUF_MEM, 0);  length |= enc28j60Read_register_instruction(ENC28J60_READ_BUF_MEM, 0)<<8;  /*去除CRC的校验字节数*/  length -= 4;       /*读取接收状态,从缓冲区中读取16位的数据*/rxstat  = enc28j60Read_register_instruction(ENC28J60_READ_BUF_MEM, 0);  rxstat |= enc28j60Read_register_instruction(ENC28J60_READ_BUF_MEM, 0) << 8;  /*读取字节数限制*/if (length > max_length-1)  {  length = max_length-1;  }  /*检查接受是否成功*/if ((rxstat & 0x80)==0)  {  length = 0;  }  else  {  /*接收数据包*/enc28j60ReadBuff(length, buffer);  }  /*释放接受缓冲空间*/enc28j60Write_ctl_register(ERXRDPTL, (NextPacketPtr));  enc28j60Write_ctl_register(ERXRDPTH, (NextPacketPtr)>>8);  /*数据包递减位置1,数据包个数减1*/enc28j60Write_instruction(ENC28J60_BIT_FIELD_SET, ECON2, ECON2_PKTDEC);  /*返回读取的字节数*/return(length);
}

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