用51單片機(jī)控制RTL8019AS實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通訊

互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)硬件、軟件的迅猛發(fā)展，使得網(wǎng)絡(luò)用戶呈指數(shù)增長(zhǎng)，在使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的同時(shí)，各種家電設(shè)備、儀器儀表以及工業(yè)生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備在逐步地走向網(wǎng)絡(luò)化，以便共享網(wǎng)絡(luò)中龐大的信息資源。在電子設(shè)備日趨網(wǎng)絡(luò)化的背景下，利用廉價(jià)的51單片機(jī)來(lái)控制RTL8019AS實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通訊具有十分重要的意義。

1 以太網(wǎng)（Ethernet）協(xié)議

一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)物理傳輸幀由七部分組成（如表1所示，單位：字節(jié)）。

表1 以太網(wǎng)的物理傳輸幀結(jié)構(gòu)表

　　
除了數(shù)據(jù)段的長(zhǎng)度不定外，其他部分的長(zhǎng)度固定不變。數(shù)據(jù)段為46～1500字節(jié)。以太網(wǎng)規(guī)定整個(gè)傳輸包的最大長(zhǎng)度不能超過(guò)1514字節(jié)（14字節(jié)為DA、SA、TYPE），最小不能小于60字節(jié)。除去DA、SA、TYPE14字節(jié)，還必須傳輸46字節(jié)的數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)不足46字節(jié)時(shí)需填充，填充字符的個(gè)數(shù)不包括在長(zhǎng)度字段里；超過(guò)1500字節(jié)時(shí)，需拆成多個(gè)幀傳送。事實(shí)上，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，PR、SD、FCS及填充字段這幾個(gè)數(shù)據(jù)段由以太網(wǎng)控制器自動(dòng)產(chǎn)生；而接收數(shù)據(jù)時(shí)，PR、SD被跳過(guò)，控制器一旦檢測(cè)到有效的前序字段（即PR、SD），就認(rèn)為接收數(shù)

2 RTL8019AS以太網(wǎng)控制器簡(jiǎn)介

由臺(tái)灣Realtek公司生產(chǎn)的RTL8019AS以太網(wǎng)控制器，由于其優(yōu)良的性能、低兼的價(jià)格，使其在市場(chǎng)上10Mbps網(wǎng)卡中占有相當(dāng)?shù)谋壤?/P>

2.1 主要性能

（1）符號(hào)Ethernet II與IEEE802.3（10Base5、10Base2、10BaseT）標(biāo)準(zhǔn)；

（2）全雙工，收發(fā)可同時(shí)達(dá)到10Mbps的速率；

（3）內(nèi)置16KB的SRAM，用于收發(fā)緩沖，降低對(duì)主處理器的速度要求；

（4）支持8/16位數(shù)據(jù)總線，8個(gè)中斷申請(qǐng)線以及16個(gè)I/O基地址選擇；

（5）支持UTP、AUI、BNC自動(dòng)檢測(cè)，還支持對(duì)10BaseT拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的自動(dòng)極性修正；

（6）允許4個(gè)診斷LED引腳可編程輸出；

（7）100腳的PQFP封裝，縮小了PCB尺寸。

2.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

RTL8019AS內(nèi)部可分為遠(yuǎn)程DMA接口、本地DMA接口、MAC（介質(zhì)訪問(wèn)控制）邏輯、數(shù)據(jù)編碼解碼邏輯和其他端口。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

            

遠(yuǎn)程DMA接口是指單片機(jī)對(duì)RTL8019AS內(nèi)部RAM進(jìn)行讀寫(xiě)的總線，即ISA總線的接口部分。單片機(jī)收發(fā)數(shù)據(jù)只需對(duì)遠(yuǎn)程DMA操作。本地DMA接口是把RTL8019AS與網(wǎng)線的連接通道，完成控制器與網(wǎng)線的數(shù)據(jù)交換。

MAC（介質(zhì)訪問(wèn)控制）邏輯完成以下功能：當(dāng)單片機(jī)向網(wǎng)上發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，先將一幀數(shù)據(jù)通過(guò)遠(yuǎn)程DMA通道送到RTL8019AS中的發(fā)送緩存區(qū)，然后發(fā)出傳送命令；當(dāng)RTL8019AS完成了上幀的發(fā)送后，再開(kāi)始此幀的發(fā)送。RTL819接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)MAC比較、CRC校驗(yàn)后，由FIFO存到接收緩沖區(qū)；收滿一幀后，以中斷或寄存器標(biāo)志的方式通知主處理器。FIFO邏輯對(duì)收發(fā)數(shù)據(jù)作16字節(jié)的緩沖，以減少對(duì)本地DMA請(qǐng)求的頻率。

2.3 內(nèi)部RAM地址空間分配

RTL8019AS內(nèi)部有兩塊RAM區(qū)。一塊16K字節(jié)，地址為0x4000～0x7fff；一塊32字節(jié)，地址為0x0000～0x001f。RAM按頁(yè)存儲(chǔ)，每256字節(jié)為一頁(yè)。一般將RAM的前12頁(yè)（即0x4000～0x4bff）存儲(chǔ)區(qū)作為發(fā)送緩沖區(qū)；后52頁(yè)（即0x4c00～0x7fff）存儲(chǔ)區(qū)作為接收緩沖區(qū)。第0頁(yè)叫Prom頁(yè)，只有32字節(jié)，地址為0x0000～0x001f，用于存儲(chǔ)以太網(wǎng)物理地址。

要接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包就必須通過(guò)DMA讀寫(xiě)RTL8019AS內(nèi)部的16KB RAM。它實(shí)際上是雙端口的RAM，是指有兩套總線連接到該RAM，一套總線RTL8019AS讀或?qū)懺揜AM，即本地DMA；另一套總線是單片機(jī)讀或?qū)懺揜AM，即遠(yuǎn)程DMA。

2.4 I/O地址分配

RTL8019AS具有32位輸入輸出地址，地址偏移量為00H～1FH。其中00H～0FH共16個(gè)地址，為寄存器地址。寄存器分為4頁(yè)：PAGE0、PAGE1、PAGE2、PAGE3，由RTL8019AS的CR（Command Register命令寄存器）中的PS1、PS0位來(lái)決定要訪問(wèn)的頁(yè)。但與NE2000兼容的寄存器只有前3頁(yè)，PAGE3是RTL8019AS自己定義的，對(duì)于其他兼容NE2000的芯片如DM9008無(wú)效。遠(yuǎn)程DMA地址包括10H～17H，都可以用來(lái)做遠(yuǎn)程DMA端口，只要用其中的一個(gè)就可以了。復(fù)位端口包括18H～1FH共8個(gè)地址，功能一樣，用于RTL8019AS復(fù)位。

3 接口電路設(shè)計(jì)

下面介紹51系列單片機(jī)與RTL8019AS的接口電路，實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)接口采用UTP（無(wú)屏蔽雙絞線）RJ-45接口。

圖2給出了89C52單片機(jī)控制RTL8019AS實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通訊的接口電路框圖。用到的主要芯片有80C52、RTL8019AS、93C46（64