LANCE (Local Area Network Controller for Ethernet)

Definizione

 LANCE, è un controller MAC Ethernet 10 Mb/s progettato per collegare un sistema (CPU + RAM) a una rete IEEE 802.3/Ethernet delegando al chip le funzioni “ripetitive e time-critical” del livello 2: gestione del CSMA/CD, incapsulamento dei frame, calcolo/verifica CRC, gestione collisioni/retry, filtraggio indirizzi, e soprattutto trasferimenti dati tramite DMA usando ring di descrittori in memoria.

È importante distinguere il perimetro funzionale: ad esempio, l’Am7990 è un MAC/controller e, nella configurazione classica, richiede componenti esterni per la parte fisica (codifica Manchester/AUI o transceiver), tipicamente tramite un “companion” come un Serial Interface Adapter (SIA) e relativa interfaccia di linea.

Funzione

In una scheda Ethernet “vintage”, senza un controller come LANCE la CPU dovrebbe copiare i dati, costruire frame, gestire collisioni e temporizzazioni. Con LANCE il modello diventa:

• La CPU prepara strutture (buffer e descrittori) in RAM.

• L’Am7990 trasferisce i dati con DMA, aggiorna gli stati in RAM e genera interrupt.

• La CPU si limita a orchestrarne il flusso (inizializzazione, refill dei buffer RX, coda TX, gestione eventi).

Architettura logica: tre “oggetti” in memoria

Il funzionamento ruota attorno a tre strutture principali in RAM:

1. Initialization block: configurazione (indirizzo MAC, modalità, puntatori ai ring, ecc.).

2. Receive descriptor ring: descrittori RX che puntano a buffer pronti a essere riempiti dal chip.

3. Transmit descriptor ring: descrittori TX che puntano ai buffer da trasmettere.

Ogni descrittore include un concetto fondamentale: un bit di ownership (spesso indicato come OWN) che stabilisce se il buffer/descrittore è “di proprietà” del controller (che può scriverci/leggerci) o dell’host (che può riutilizzarlo o modificarlo).

Flusso di ricezione (RX)

• Il driver alloca N buffer RX e prepara N descrittori nel ring RX, impostando OWN=1 (controller).

• Quando arriva un frame valido, il LANCE lo deposita via DMA nel/i buffer puntati dai descrittori, aggiorna lunghezza e flag (errori, CRC, framing, overflow, ecc.), poi restituisce la proprietà (OWN=0) e, se abilitato, genera interrupt.

• Il driver legge i descrittori completati, consegna il pacchetto allo stack, ripristina il descrittore (nuovo buffer o stesso buffer “riciclato”) e rimette OWN=1.

Flusso di trasmissione (TX)

• Il driver prepara un descrittore TX con puntatore al buffer contenente l’intero frame (o una catena di buffer), imposta i flag “start/end of packet” (tipicamente STP/ENP) e cede la proprietà al controller (OWN=1).

• Il LANCE preleva i dati via DMA, trasmette sul mezzo secondo CSMA/CD, aggiorna gli stati (successo, collisioni, retry, underrun, ecc.), poi restituisce OWN=0 e segnala completamento.

Filtri, modalità e diagnostica

Funzioni tipiche della classe LANCE includono:

• Filtro su indirizzo fisico (MAC) e gestione multicast (con meccanismi di filtro dipendenti dalla configurazione).

• Contatori/statistiche e flag di errore in descrittori e registri di stato.

• Funzioni di test/diagnostica come TDR (time-domain reflectometer) per individuare discontinuità sul cavo in alcune configurazioni.

Schizzo dei collegamenti più importanti

                 ┌──────────────────────────────┐
                 │            CPU / host         │
                 │  driver + gestione buffer     │
                 └──────────────┬───────────────┘
                                │ bus host (I/O o memory-mapped)
                                │ + IRQ + reset
                                ▼
                        ┌─────────────────┐
                        │ AMD Am7990      │
                        │ LANCE (MAC)     │
                        │ DMA + ring desc │
                        └──────┬──────────┘
                               │ DMA verso RAM
                               ▼
                 ┌──────────────────────────────┐
                 │ RAM condivisa                │
                 │ - initialization block       │
                 │ - RX descriptor ring + buf   │
                 │ - TX descriptor ring + buf   │
                 └──────────────────────────────┘
                               │
                               ▼
            ┌───────────────────────────────┐
            │ SIA / ENDEC + transceiver     │
            │ (codifica Manchester + linea) │
            └──────────────┬────────────────┘
                           ▼
                       Ethernet (AUI/10Mb)

Tabella 1 – Identificazione e caratteristiche principali (bilingue)

Tabella 2 – Strutture in memoria e campi tipici (bilingue)