位單片機與以太網控制器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，其豐富的開發資源和較低的開發成本，使51系列單片機現在以至將來都仍會有強大的生命力。在網絡技術飛速發展的今天，實際工作中有將51系列單片機系統接入網絡的需求。由于5 1系列單片機沒有集成以太網接口，因此，如何將51系列單片機系統接入網路是一個值得探討的課題，其關鍵就是在硬件上如何實現單片機與以太網控制器的接口。本文將討論這一課題。

1 以太網控制器
臺灣Realtek公司的以太網控制器是一種符合IEEE802.3以太網標準的控制器，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接口進行轉接。考慮到目前RTL8029在市場上較容易購買，故采用RTL8029以太網控制器作為網絡接口。
RTL8029內部已經包含有整個網絡接口層的協議 (PHY層和MAC層協議)，因此應用起來較簡單。用戶不必考慮鏈路控制問題，而只需考慮單片機如何從RTL8029中去讀TCP／IP協議的數據即可。
PCI總線信號有3.3V標準和5V標準，信號線眾多，但是并不是所有的PCI設備都使用全部的PCI接口信號，實際上只使用它們需要的即可。RTL8029AS以太網控制器遵循5V標準，并且只使用了PCI總線信號中的以下部分：
AD[31：0]——數據信號復用總線。
FRAME——幀周期信號，由當前主設備驅動，表示一次訪問的開始和持續時間。
IRDY——主設備準備好信號。
TRDY——從設備準備好信號。
C/BE——總線命令和字節使能復用信號。地址期是總線命令，數據期是字節使能。
IDSEL——初始化設備選擇信號。在參數配置讀寫傳輸期間，用作片選。對于只有一個PCI設備的情況，它可以總接高電平。
RST——復位信號。
CLK——系統時鐘信號，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數據準備好后可以用來向主控制器發出中斷。
DEVSEL——設備選擇信號，表明驅動它的設備已成當前訪問的設備，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
在以太網控制器的接口信號中，除地址數據總線是雙向的外，TRDY信號由以太網控制器產生，方向為從以太網控制器至PCI接口；其余信號都由接口部分產生，方向是從PCI接口至以太網控制器。
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，單片機以讀寫外部存儲器的時序對PCI接口進行讀寫，再由PCI接口將這種讀寫操作時序轉換成PCI時序對以太網控制器進行操作。
單片機在進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，為高電平時將P0口的值鎖存到低8位數據線上；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位單片機讀寫時序到32位PCI讀寫時序轉換的作用，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單片機對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有效后即為數據期，此時在AD總線上傳送數據，在C／BE總線上傳送字節使能。但數據的傳輸是在IRDY和TRDY同時有效的時鐘前沿進行。字節使能指明此時32位數據線上的數據中哪一個數據字節是有效的。