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

　　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)在以至將來都仍會有強(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)路是一個值得探討的課題，其關(guān)鍵就是在硬件上如何實現(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PCI接口進(jìn)行轉(zhuǎn)接?？紤]到目前RTL8029在市場上較容易購買，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)用起來較簡單。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總線信號有3.3V標(biāo)準(zhǔn)和5V標(biāo)準(zhǔn)，信號線眾多，但是并不是所有的PCI設(shè)備都使用全部的PCI接口信號，實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總線信號中的以下部分：
AD[31：0]——數(shù)據(jù)信號復(fù)用總線。
FRAME——幀周期信號，由當(dāng)前主設(shè)備驅(qū)動，表示一次訪問的開始和持續(xù)時間。
IRDY——主設(shè)備準(zhǔn)備好信號。
TRDY——從設(shè)備準(zhǔn)備好信號。
C/BE——總線命令和字節(jié)使能復(fù)用信號。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。在參數(shù)配置讀寫傳輸期間，用作片選。對于只有一個PCI設(shè)備的情況，它可以總接高電平。
RST——復(fù)位信號。
CLK——系統(tǒng)時鐘信號，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(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后可以用來向主控制器發(fā)出中斷。
DEVSEL——設(shè)備選擇信號，表明驅(qū)動它的設(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，因此該信號可以不用。

2 PCI接口設(shè)計
在以太網(wǎng)控制器的接口信號中，除地址數(shù)據(jù)總線是雙向的外，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(shè)計的思路是：可將PCI接口當(dāng)作單片機(jī)的外部存儲器看待，單片機(jī)以讀寫外部存儲器的時序?qū)CI接口進(jìn)行讀寫，再由PCI接口將這種讀寫操作時序轉(zhuǎn)換成PCI時序?qū)σ蕴W(wǎng)控制器進(jìn)行操作。
單片機(jī)在進(jìn)行外部存儲器操作時用到的信號有PO口、P2口、ALE以及RD和WR信號。其中，P0口為地址(低8位)／數(shù)據(jù)復(fù)用，P2口為高8位地址信號；ALE為地址鎖存信號，為高電平時將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，低電平有效。因此，PCI接口實際上是起到一個從8位單片機(jī)讀寫時序到32位PCI讀寫時序轉(zhuǎn)換的作用，原理框圖如圖1所示，訪目時序如圖2所示。

　　在圖2中，可以完成對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現(xiàn)單片機(jī)對RTL8029的操作。IDSEL信號只是在配置訪問中才起作月，在I／O訪問中不使用該信號。
FRAME有效后的第一個時鐘前沿是地址期的開始。此時在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同時有效的時鐘前沿進(jìn)行。字節(jié)使能指明此時32位數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)中哪一個數(shù)據(jù)字節(jié)是有效的。