位單片機與以太網(wǎng)控制器RTL8029接口的VHDL設計

　　51系列單片機是當前使用最為廣泛的8位單片機系列，其豐富的開(kāi)發(fā)資源和較低的開(kāi)發(fā)成本，使51系列單片機現在以至將來(lái)都仍會(huì )有強大的生命力。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系列單片機系統接入網(wǎng)絡(luò )的需求。由于5 1系列單片機沒(méi)有集成以太網(wǎng)接口，因此，如何將51系列單片機系統接入網(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)現單片機與以太網(wǎng)控制器的接口。本文將討論這一課題。

1 以太網(wǎng)控制器
臺灣Realtek公司的以太網(wǎng)控制器是一種符合IEEE802.3以太網(wǎng)標準的控制器，有RTL8019、RTL8029和RTL8139等系列。其中RTL8019是ISA總線(xiàn)的，較易與8位MCU實(shí)現接口。RTL8029和RTL8139是PCI總線(xiàn)的，不能直接與8位的MCU接口，需要一個(gè)PCI接口進(jìn)行轉接?？紤]到目前RTL8029在市場(chǎng)上較容易購買(mǎi)，故采用RTL8029以太網(wǎng)控制器作為網(wǎng)絡(luò )接口。
RTL8029內部已經(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)，因此應用起來(lái)較簡(jiǎn)單。用戶(hù)不必考慮鏈路控制問(wèn)題，而只需考慮單片機如何從RTL8029中去讀TCP／IP協(xié)議的數據即可。
PCI總線(xiàn)信號有3.3V標準和5V標準，信號線(xiàn)眾多，但是并不是所有的PCI設備都使用全部的PCI接口信號，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標準，并且只使用了PCI總線(xiàn)信號中的以下部分：
AD[31：0]——數據信號復用總線(xiàn)。
FRAME——幀周期信號，由當前主設備驅動(dòng)，表示一次訪(fǎng)問(wèn)的開(kāi)始和持續時(shí)間。
IRDY——主設備準備好信號。
TRDY——從設備準備好信號。
C/BE——總線(xiàn)命令和字節使能復用信號。地址期是總線(xiàn)命令，數據期是字節使能。
IDSEL——初始化設備選擇信號。在參數配置讀寫(xiě)傳輸期間，用作片選。對于只有一個(gè)PCI設備的情況，它可以總接高電平。
RST——復位信號。
CLK——系統時(shí)鐘信號，頻率范圍DC~33MHz。以上信號都在CLK的上升沿有效。
INTA——中斷請求信號，RTL8029數據準備好后可以用來(lái)向主控制器發(fā)出中斷。
DEVSEL——設備選擇信號，表明驅動(dòng)它的設備已成當前訪(fǎng)問(wèn)的設備，由于在單片機系統中，RTL8029是單一的PCI設備，因此該信號可以不用。

2 PCI接口設計
在以太網(wǎng)控制器的接口信號中，除地址數據總線(xiàn)是雙向的外，TRDY信號由以太網(wǎng)控制器產(chǎn)生，方向為從以太網(wǎng)控制器至PCI接口；其余信號都由接口部分產(chǎn)生，方向是從PCI接口至以太網(wǎng)控制器。
接口設計的思路是：可將PCI接口當作單片機的外部存儲器看待，單片機以讀寫(xiě)外部存儲器的時(shí)序對PCI接口進(jìn)行讀寫(xiě)，再由PCI接口將這種讀寫(xiě)操作時(shí)序轉換成PCI時(shí)序對以太網(wǎng)控制器進(jìn)行操作。
單片機在進(jìn)行外部存儲器操作時(shí)用到的信號有PO口、P2口、ALE以及RD和WR信號。其中，P0口為地址(低8位)／數據復用，P2口為高8位地址信號；ALE為地址鎖存信號，為高電平時(shí)將P0口的值鎖存到低8位數據線(xiàn)上；RD和WR為讀寫(xiě)有效信號，低電平有效。因此，PCI接口實(shí)際上是起到一個(gè)從8位單片機讀寫(xiě)時(shí)序到32位PCI讀寫(xiě)時(shí)序轉換的作用，原理框圖如圖1所示，訪(fǎng)目時(shí)序如圖2所示。

　　在圖2中，可以完成對PCI設備的配置訪(fǎng)問(wèn)與I／O讀寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)，只要有這兩種訪(fǎng)問(wèn)就完全可以實(shí)現單片機對RTL8029的操作。IDSEL信號只是在配置訪(fǎng)問(wèn)中才起作月，在I／O訪(fǎng)問(wèn)中不使用該信號。
FRAME有效后的第一個(gè)時(shí)鐘前沿是地址期的開(kāi)始。此時(shí)在A(yíng)D總線(xiàn)上傳送地址，在C／BE總線(xiàn)上傳送命令。IRDY有效后即為數據期，此時(shí)在A(yíng)D總線(xiàn)上傳送數據，在C／BE總線(xiàn)上傳送字節使能。但數據的傳輸是在IRDY和TRDY同時(shí)有效的時(shí)鐘前沿進(jìn)行。字節使能指明此時(shí)32位數據線(xiàn)上的數據中哪一個(gè)數據字節是有效的。