DE2开发板：NiosII+LWIP环境下DM9000A的驱动程序分析（web_server.c）

在DE2的开发板上，利用NiosII软核与LWIP，可以实现web服务。Terasic公司提供的DE2_WEB_SERVER DEMO提供了一个很好的范本，可以作为很好的研究对象。NIOS IDE提供了Lan91C11的驱动，对于其他以太网接口芯片没有提供相应的驱动。而DE2开发板提供了DM9000A的驱动，为我们研究NIOS系统中Avalon外部设备的驱动编程提供了有益的参考。

首先需要关注LWIP提供的几个重要的结构体： 

//netif结构体作为LWIP中网络接口的基础数据类型，描述了网络接口的基本属性以及输入、输出函数

struct netif {   /** pointer to next in linked list */   struct netif *next;   /** IP address configuration in network byte order */   struct ip_addr ip_addr;   struct ip_addr netmask;   struct ip_addr gw;   err_t (* input)(struct pbuf *p, struct netif *inp);   err_t (* output)(struct netif *netif, struct pbuf *p, struct ip_addr *ipaddr);   err_t (* linkoutput)(struct netif *netif, struct pbuf *p);   void *state; #if LWIP_DHCP   /** the DHCP client state information for this netif */   struct dhcp *dhcp; #endif   /** number of bytes used in hwaddr */   unsigned char hwaddr_len;   /** link level hardware address of this interface */   unsigned char hwaddr[NETIF_MAX_HWADDR_LEN];   /** maximum transfer unit (in bytes) */   u16_t mtu;   /** flags (see NETIF_FLAG_ above) */   u8_t flags;   /** link type */   u8_t link_type;   /** descriptive abbreviation */   char name[2];   /** number of this interface */   u8_t num; };

//alt_lwip_dev结构体描述了符合LWIP规范的网络端口设备

struct alt_lwip_dev {   /* The netif pointer MUST be the first element in the structure */   struct netif*     netif;    const char*      name;   err_t (*init_routine)(struct netif*);      //初始化函数   void (*rx_routine)();                              //数据接收函数 };

//alt_lwip_dev_list：设备链表

typedef struct  {   alt_llist     llist;     /* for internal use */   alt_lwip_dev  dev; }alt_lwip_dev_list; typedef struct alt_llist_s alt_llist; struct alt_llist_s {   alt_llist* next;     /* Pointer to the next element in the list. */   alt_llist* previous; /* Pointer to the previous element in the list. */ };

在LWIP定义的这些结构体类型的基础上，DE2_WEB_SERVER定义了针对DM9000网络接口的一个结构体

alt_avalon_dm9k_if： // dm9k private date structure typedef struct { alt_lwip_dev_list   lwip_dev_list;   //与之关联的设备链表 int base_addr;                                   //寄存器的基地址 int irq;                                                  //中断编号 u_char hwaddr[6];                            //MAC地址 int index_offset;                  int data_offset; int dm9k_tx_space; int dm9k_linked; sys_sem_t arp_semaphore; sys_sem_t tx_semaphore; } alt_avalon_dm9k_if;

有了这个结构体，DM9000的寄存器读写操作开始与LWIP的工作机制发生了联系。

我们来看包含main()函数的主程序文件web_server.c，在包含相应的头文件之后，最重要的一个宏命令出现了：

ALTERA_AVALON_DM9K_INSTANCE(DM9000A, dm9k);

这个宏的定义十分晦涩难懂：

#define ALTERA_AVALON_DM9K_INSTANCE(name, dev) / alt_avalon_dm9k_if dev = / {/   {/     ALT_LLIST_ENTRY,/     {/       0,/       name##_NAME,/       alt_avalon_dm9k_init, /          //初始化子程序       alt_avalon_dm9k_rx,/             //接收子程序     },/   },/   name##_BASE, /   name##_IRQ,/   { 0x00, 0x90, 0x00, 0xAE, 0x00, 0x01}, /   0, 1, 2/ }

例化之后，相当于定义了一个alt_avalon_dm9k_if类型的变量dm9k。dm9k的属性包括：

dm9k. lwip_dev_list =

{

  ALT_LLIST_ENTRY，   //对应的dm9k. lwip_dev_list.llist

  {

     dm9k. lwip_dev_list.dev. netif  = NULL;

     dm9k. lwip_dev_list.dev. name = DM9000A_NAME;

     dm9k. lwip_dev_list.dev. init_routine = alt_avalon_dm9k_init;

     dm9k. lwip_dev_list.dev. rx_routine = alt_avalon_dm9k_rx;

   }

}

dm9k. base_addr= DM9000A_BASE;

dm9k. irq= DM9000A_IRQ;

dm9k. hwaddr[6] = { 0x00, 0x90, 0x00, 0xAE, 0x00, 0x01};

//...

而tcpip_init_done函数中的一个宏则使得dm9k开始担当起底层网络接口通信的重任。

static void tcpip_init_done(void *arg) {   ALTERA_AVALON_DM9K_INIT(dm9k);   //... }

这个ALTERA_AVALON_DM9K_INIT是如此定义的：

#define ALTERA_AVALON_DM9K_INIT(dev) alt_lwip_dev_reg(dev)

而alt_lwip_dev_reg是LWIP中定义的一个设备注册的宏：

#define alt_lwip_dev_reg(dev) alt_llist_insert(&alt_lwip_device_list, &dev.lwip_dev_list.llist)

再看看下面这个全局变量的定义，一切疑惑终于烟消云散了：

extern alt_llist alt_lwip_device_list;

总的思路应该是这样的：LWIP定义了一个全局变量alt_lwip_device_list，所有LWIP提供的API均可以对这一变量进行操作。而DM9000通过ALTERA_AVALON_DM9K_INSTANCE宏指令将DM9000作为alt_lwip_device_list中的一个alt_lwip_dev（实际上就是唯一的一个alt_lwip_dev）,使得LWIP的API函数的操作将转换为对DM9000的寄存器读写操作。