网卡的作用

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由于络技术的飞速发展,卡在计算机内部输入输出的总线位数己由8位提高到16位、32位乃至64位,络端口的数据速率也由10Mbps升至 100Mbps,1Gbps。
但卡的基本功能仍然是:提供与站点主机的接口电路,数据缓存器的管理,数据链路管理,编码和译码以及络信息的收发。
上述功能在卡内由不同的模块完成,尽管实现时都己集成在一片或几片集成电路中了。
图2-20是描述以太卡各模块之间关系的结构原理图。
图2-20中的接口控制器是一块门阵列芯片,包含着卡的多个端口寄存器和相应的控制电路。
卡板上设置了相当容量的收发缓存器,其作用十分重要。
数据链路控制器EDLC是执行链路层协议CSMA/CD的核心部件。
(1)接口控制器 接口控制器负责卡和主机的信息交互,同时也负责卡上各个模块的协调和管理。
因此,站点接口控制器电路包含两部分,一部分是提供与站点主机相连的匹配电路,另一部分是卡的卡内控制电路,从而能接收、解释和执行来自主机的控制命令,进行端口地址的译码,实现数据在I/O总线上的双向传送。
从主机角度看,卡是它的一个外设,所以主机通过I/O总线对卡进行控制。
相对应的是接口控制器内包含多个寄存器和锁存器,如卡控制命令寄存器和状态寄存器等,负责卡与主机交换命令、状态、地址和数据。
(2)地址缓存计数器ARC1 地址缓存计数器存放了主机读写数据的地址。
当主机要从卡数据缓存器中读写数据时,采用两种方式,一种方式是程序读写,主机CPU先把读写首地址写入ARC1,然后用IN/OUT命令读写。
CPU每读一个单元,ARC1自动加1,指向数据缓存器下一单元地址 另一种方式是直接存储器存取(DMA)方式。
这时,主机的DMA控制器将一路通道分配给卡,作为卡数据的输入/输出通道。
主机把卡数据缓存器的首地址写入ARC1,在DMA控制电路配合下,使主机内存与卡数据缓存器的直接成块地交换数据。
ARC1还用作数据链路控制器(EDLC)的地址指针寄存器。
当EDLC向上发送数据帧时,也从数据缓存器读取数据,每发送一个单元,ARC1就自动加1。
(3)地址锁存计数器(ARC2) 数据链路控制器是卡向络收发数据的控制中心,当EDLC从上接收数据帧时ARC2是EDLC的计数器,每接收一个单元,ARC2加1。
ARC2R 的初值必须置为0,即收到的数据必须从数据缓存器0单元开始存放。
若接收过程正常完成,则ARC2中存放的是接收数据的实际长度。
若接收过程出错,EDLC将 ARC2清零,后面数据的接收仍然从数据缓存器0单元开始存放。
(4)卡控制命令寄存器(LCC)和状态寄存器(LCS) LCC是一个8位寄存器,用于存放主机发至卡的控制命令。
主机直接把命令写在LCC中,以实现主机对卡的控制。
接口控制器将读取、解释和执行这些命令。
LCS是一个8位寄存器,用来存放卡的各种工作状态,例如发送状态、接收状态、测试状态、DMA传输状态、中断状态等。
接口控制器根据卡的当前状态填写LCS,主机可以直接读取LCS的状态内容,了解卡的工作情况。
LCC和LCS是一对双向交互的寄存器,构成了主机和卡间的控制信息通道。
(5)卡站地址寄存器(REA) 卡站地址寄存器存放了卡和站地址。
以太中的站点,都有一个标识自己的6B的站地址。
站地址是惟一的,无论是卡,还是交换机、路由器的站地址,没有一个设备具有相同的物理地址。
站地址又称为物理地址,前三个字节由IEEE统一分配给各家厂商,后三个字节由厂商自行编号,发送时它是源地址,接收时它就是目标地址。
有了REA后,在收发过程中就可以随时读取站地址了。
(6)数据缓冲器 卡中的数据缓冲存储器是主机与卡交换数据的中转站。
这是一个双向存储器,主机通过程序方式或DMA方式对数据缓存器进行读写,同时卡向络收发数据时也要从数据缓存器读写数据。
后者的操作由EDLC直接控制缓存器进行快速收发,在此期间,不允许主机访问数据缓存器,以确保EDLC能在规定时间内读写数据缓存器RAM。
这样,络上的数据收发一方面不需要主机的直接干预,同时也不会仙生断流或溢出,保证了CSMA/CD协议的实现。
卡数据缓存器的容量一般在64K字节以上。

(7)数据链路控制器(EDLC) 数据链路控制器是一个大规模集成电路芯片,基本实现了CSMA/CD媒体接入协议。
EDLC按工作流程可分为数据帧发送和数据帧接收两部分。
在数据帧发送过程中,EDLC的第一件工作是组织帧。
EDLC先将来自主机的数据包中的目标地址、源地址、类型及数据信息放入数据缓存器的发送RAM中,而发送之前自动传输64位前导码,使络接口电路达到稳定状态,并在数据信息之后加上32位CRC校验码,准备好发送内容。
数据缓冲接口部分有一个先进先出 (FIFO)的16字节发送器队列。
发送器从数据缓存器逐字节读取数据,然后利用串并转换器把字节转成串行位流后逐位发送。
在数据发送之前和发送过程中,EDLC随时执行载波侦听,按照CSMA/CD的协议要求“先听后说”和“边说边听”。
在开始发送之前,EDLC至少要等待9.6μs时间,确定络上无其他站点在发送,才开始发送,这就是载波侦听。
在发送过程中,如果发现有其他站点发送,EDLC自动停止FIFO内容的发送,立即发出一个32位长的010101序列阻塞位串,以强化**,使所有站点都能检测到**的存在。
同时,EDLC告诉主机数据帧发送时发送**,需等待一段随机时间后,再重新发送。
主机接到请求后执行后退算法,随机等待一段时间,再重新启动发送。
若一个数据信息字段传送完毕,EDLC在最后一个字节送入FIFO后,发出32位CRC校验码。
整个数据帧发送完毕,即修改发送状态寄存器。
在EDLC数据接收部分,EDLC通过译码器接口输入端随时监听络状态。
在络平静状态下,当收到一个串行位流是连续的62位“010101”花样的位串后接着是两位连续的“1”时,这表示了另外一站点发送的前导码。
为了使译码器仙生锁相实现同步,EDLC等待8位时间才寻找“11”,即前导码的最后两位。
如果收到的不是“11”,则不是正确的数据帧,不接收后面的数据。
如果收到了最后两位“11”,则说明收到了正确的前导码,并继续接收数据帧的数据。
接下来收到的应该是目标地址,由EDLC的地址检查器检查是否与REA中的地址值匹配如果地址不匹配,则说明是发往其他站点的数据帧,立即停止接收数据操作;如果目标地址与本站地址相同,则继续接收发给本站的数据,执行串并转换,送往接收缓冲队列FIFO。
当EDLC收完一个数据帧后,再进行CRC校验。
如果校验不正确,则取消收到的 数据缓冲区中的数据帧;如果校验正确,则设置状态寄存器中有关接收状态的各位。
最后 EDLC发出接收结束信号,清除DMA接收控制,并发出INT信号通知主机接收己完成。
(8)曼切斯特编码译码器 以太卡采用曼彻斯特编码技术对发送的数据进行编码后再发送,接收方收到数据信息后需译码还原。
卡上由编码译码器实现编码和译码功能。
编码的目的是为了有效地实现**检测和载波监听,有利于数据信号在线路上的正确传送,有利于收发双方保持同步。

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