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设计说明

3 Dec 2024
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代码结构

Ethernet 的源码牵涉三个目录

  • 硬件驱动相关

    packages/third-party/lwip/contrib/ports/drv/aic/

  • 操作系统相关

    LwIP 运行需要实现的操作系统相关接口及架构相关的定义 packages/third-party/lwip/contrib/ports/rt-thread/

  • LwIP 内核相关

    LwIP 内核协议栈源码 packages/third-party/lwip/src/
表 1. 驱动文件说明
文件名称 用途
aic_mac.c 实际操作 MAC 寄存器的 MAC 驱动源文件
aic_mac.h MAC 驱动头文件
aic_mac_ll.c 非操作 MAC 寄存器 MAC 驱动源文件
aic_mac_reg.h MAC 寄存器定义头文件
aic_phy.c 通用 PHY 驱动源文件
aic_phy.h 通用 PHY 驱动头文件
ethernetif.c LwIP 接口需要调用的核心 MAC 驱动源文件
ethernetif.h LwIP 接口需要调用的 MAC 驱动头文件

驱动架构

Luban-Lite GMAC 驱动架构如下图。应用程序可通过标准 Socket 接口或基于 RAW 的 Callback 接口编写应 用逻辑。除此之外，Luban-Lite 在标准 LwIP 上封装了部分测试命令(ArtInChip Tools)，如”ping”、”iperf”、”ifconfig”、 “mqtt”等测试命令可供上层开发人员进行基础的测试。


mac-system

图 1. 驱动架构图

关键流程设计

以太网在初始化过程中会创建三个任务， 三个任务的优先级由高到低分别是：线路链接状态检测任务、 网卡数据包输入任务、以及协议栈处理任务、

  • 线路链接状态检测任务

    线路链路状态检测任务是周期轮询的任务，轮询时间一般为 1S 或 2S。主要功能是实时检测当前 网络链路的链接状态，一旦网络链路状态发生改变，就通过当前的链路状态选择当前以太网的打开状态

  • 网卡数据包输入任务

    网络包接收任务可以是周期轮询的任务也可以是事件驱动型的任务，主要取决于产品需求。 主要功能是与硬件 DMA 进行协作，读取当前 DMA 已经搬运完成的数据包，并将缓冲区还给 DMA。 然后再将接收完成的数据包交给协议栈任务进行处理

  • 协议栈处理任务

    协议栈处理任务为事件驱动型任务，为以太网驱动的核心。事件的来源可以是网络包接收任务、 超时事件、也可以是协议栈自身发出的请求。主要处理数据包的解包、封包、TCP/IP 协议等

初始化流程

MAC 模块初始化一般发生在协议栈初始化之后，驱动层通过 netif_add 接口将 ethernetif_init 传入，并在设置完 LwIP 属性之后调用 ethernetif_init 接口，然后开始执行模块的初始化流程


mac-init

启动流程

MAC 初始化完成后，不会直接使能 MAC 的发送与接收，而是当 PHY 自协商完成后，才需要打开 MAC 的全部功能。


mac-startup

发送流程

当有数据需要发送时，LwIP 协议栈会组织好待发送的网卡数据包，然后调用 low_level_output 接口 完成数据包的发送过程

网卡数据包实际的发送过程只有一种，就是 MAC 内部集成的 DMA 通过发送描述符将数据包发送至网卡 内部的 FIFO(先入先出缓冲区)，再由 FIFO 将数据包发送至 PHY 芯片。因此实际的数据包发送过程一 般都是组装 DMA 发送描述符的过程


mac-send

接收流程

与发送过程类似，接收过程也需要完全依赖 MAC 内部的 DMA。当一帧完整的以太网数据帧到来时，DMA 将从 MAC 内部的 FIFO 中将数据拷贝至接收描述符描述的缓存地址中，当 DMA 传输完成时，会触发一个 DMA 接收完成中断，软件获取到这一中断事件后，就需要根据当前的描述符找到当前网卡的缓存，并将 以太网数据帧取出。并将 DMA 描述符归还至 DMA


mac-receive

中断流程

能触发 MAC 中断的事件很多，但在实时系统中一般只开启 MAC 的 DMA 接收完成中断。因此 MAC 的中断 流程设计会相对较简单，只判断是否是接收中断，然后如果是接收中断就释放一个信号量通知网卡 数据包输入任务去 DMA 缓存中取数据


mac-interrupt