位單片機(jī)與以太網(wǎng)控制器RTL8029接口的VHDL設(shè)計(jì)

　　51系列單片機(jī)是當(dāng)前使用最為廣泛的8位單片機(jī)系列，其豐富的開發(fā)資源和較低的開發(fā)成本，使51系列單片機(jī)現(xiàn)在以至將來(lái)都仍會(huì)有強(qiáng)大的生命力。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，實(shí)際工作中有將51系列單片機(jī)系統(tǒng)接入網(wǎng)絡(luò)的需求。由于5 1系列單片機(jī)沒有集成以太網(wǎng)接口，因此，如何將51系列單片機(jī)系統(tǒng)接入網(wǎng)路是一個(gè)值得探討的課題，其關(guān)鍵就是在硬件上如何實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與以太網(wǎng)控制器的接口。本文將討論這一課題。

1 以太網(wǎng)控制器
臺(tái)灣Realtek公司的以太網(wǎng)控制器是一種符合IEEE802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的控制器，有RTL8019、RTL8029和RTL8139等系列。其中RTL8019是ISA總線的，較易與8位MCU實(shí)現(xiàn)接口。RTL8029和RTL8139是PCI總線的，不能直接與8位的MCU接口，需要一個(gè)PCI接口進(jìn)行轉(zhuǎn)接?？紤]到目前RTL8029在市場(chǎng)上較容易購(gòu)買，故采用RTL8029以太網(wǎng)控制器作為網(wǎng)絡(luò)接口。
RTL8029內(nèi)部已經(jīng)包含有整個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口層的協(xié)議 (PHY層和MAC層協(xié)議)，因此應(yīng)用起來(lái)較簡(jiǎn)單。用戶不必考慮鏈路控制問題，而只需考慮單片機(jī)如何從RTL8029中去讀TCP／IP協(xié)議的數(shù)據(jù)即可。
PCI總線信號(hào)有3.3V標(biāo)準(zhǔn)和5V標(biāo)準(zhǔn)，信號(hào)線眾多，但是并不是所有的PCI設(shè)備都使用全部的PCI接口信號(hào)，實(shí)際上只使用它們需要的即可。RTL8029AS以太網(wǎng)控制器遵循5V標(biāo)準(zhǔn)，并且只使用了PCI總線信號(hào)中的以下部分：
AD[31：0]——數(shù)據(jù)信號(hào)復(fù)用總線。
FRAME——幀周期信號(hào)，由當(dāng)前主設(shè)備驅(qū)動(dòng)，表示一次訪問的開始和持續(xù)時(shí)間。
IRDY——主設(shè)備準(zhǔn)備好信號(hào)。
TRDY——從設(shè)備準(zhǔn)備好信號(hào)。
C/BE——總線命令和字節(jié)使能復(fù)用信號(hào)。地址期是總線命令，數(shù)據(jù)期是字節(jié)使能。
IDSEL——初始化設(shè)備選擇信號(hào)。在參數(shù)配置讀寫傳輸期間，用作片選。對(duì)于只有一個(gè)PCI設(shè)備的情況，它可以總接高電平。
RST——復(fù)位信號(hào)。
CLK——系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)，頻率范圍DC~33MHz。以上信號(hào)都在CLK的上升沿有效。
INTA——中斷請(qǐng)求信號(hào)，RTL8029數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后可以用來(lái)向主控制器發(fā)出中斷。
DEVSEL——設(shè)備選擇信號(hào)，表明驅(qū)動(dòng)它的設(shè)備已成當(dāng)前訪問的設(shè)備，由于在單片機(jī)系統(tǒng)中，RTL8029是單一的PCI設(shè)備，因此該信號(hào)可以不用。

2 PCI接口設(shè)計(jì)
在以太網(wǎng)控制器的接口信號(hào)中，除地址數(shù)據(jù)總線是雙向的外，TRDY信號(hào)由以太網(wǎng)控制器產(chǎn)生，方向?yàn)閺囊蕴W(wǎng)控制器至PCI接口；其余信號(hào)都由接口部分產(chǎn)生，方向是從PCI接口至以太網(wǎng)控制器。
接口設(shè)計(jì)的思路是：可將PCI接口當(dāng)作單片機(jī)的外部存儲(chǔ)器看待，單片機(jī)以讀寫外部存儲(chǔ)器的時(shí)序?qū)CI接口進(jìn)行讀寫，再由PCI接口將這種讀寫操作時(shí)序轉(zhuǎn)換成PCI時(shí)序?qū)σ蕴W(wǎng)控制器進(jìn)行操作。
單片機(jī)在進(jìn)行外部存儲(chǔ)器操作時(shí)用到的信號(hào)有PO口、P2口、ALE以及RD和WR信號(hào)。其中，P0口為地址(低8位)／數(shù)據(jù)復(fù)用，P2口為高8位地址信號(hào)；ALE為地址鎖存信號(hào)，為高電平時(shí)將P0口的值鎖存到低8位數(shù)據(jù)線上；RD和WR為讀寫有效信號(hào)，低電平有效。因此，PCI接口實(shí)際上是起到一個(gè)從8位單片機(jī)讀寫時(shí)序到32位PCI讀寫時(shí)序轉(zhuǎn)換的作用，原理框圖如圖1所示，訪目時(shí)序如圖2所示。

　　在圖2中，可以完成對(duì)PCI設(shè)備的配置訪問與I／O讀寫訪問，只要有這兩種訪問就完全可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)RTL8029的操作。IDSEL信號(hào)只是在配置訪問中才起作月，在I／O訪問中不使用該信號(hào)。
FRAME有效后的第一個(gè)時(shí)鐘前沿是地址期的開始。此時(shí)在AD總線上傳送地址，在C／BE總線上傳送命令。IRDY有效后即為數(shù)據(jù)期，此時(shí)在AD總線上傳送數(shù)據(jù)，在C／BE總線上傳送字節(jié)使能。但數(shù)據(jù)的傳輸是在IRDY和TRDY同時(shí)有效的時(shí)鐘前沿進(jìn)行。字節(jié)使能指明此時(shí)32位數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)中哪一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)是有效的。