位单片机与以太网控制器RTL8029接口的VHDL设计

　　51系列单片机是当前使用最为广泛的8位单片机系列，其丰富的开发资源和较低的开发成本，使51系列单片机现在以至将来都仍会有强大的生命力。在网络技术飞速发展的今天，实际工作中有将51系列单片机系统接入网络的需求。由于5 1系列单片机没有集成以太网接口，因此，如何将51系列单片机系统接入网路是一个值得探讨的课题，其关键就是在硬件上如何实现单片机与以太网控制器的接口。本文将讨论这一课题。

1 以太网控制器
台湾Realtek公司的以太网控制器是一种符合IEEE802.3以太网标准的控制器，有RTL8019、RTL8029和RTL8139等系列。其中RTL8019是ISA总线的，较易与8位MCU实现接口。RTL8029和RTL8139是PCI总线的，不能直接与8位的MCU接口，需要一个PCI接口进行转接。考虑到目前RTL8029在市场上较容易购买，故采用RTL8029以太网控制器作为网络接口。
RTL8029内部已经包含有整个网络接口层的协议 (PHY层和MAC层协议)，因此应用起来较简单。用户不必考虑链路控制问题，而只需考虑单片机如何从RTL8029中去读TCP／IP协议的数据即可。
PCI总线信号有3.3V标准和5V标准，信号线众多，但是并不是所有的PCI设备都使用全部的PCI接口信号，实际上只使用它们需要的即可。RTL8029AS以太网控制器遵循5V标准，并且只使用了PCI总线信号中的以下部分：
AD[31：0]——数据信号复用总线。
FRAME——帧周期信号，由当前主设备驱动，表示一次访问的开始和持续时间。
IRDY——主设备准备好信号。
TRDY——从设备准备好信号。
C/BE——总线命令和字节使能复用信号。地址期是总线命令，数据期是字节使能。
IDSEL——初始化设备选择信号。在参数配置读写传输期间，用作片选。对于只有一个PCI设备的情况，它可以总接高电平。
RST——复位信号。
CLK——系统时钟信号，频率范围DC~33MHz。以上信号都在CLK的上升沿有效。
INTA——中断请求信号，RTL8029数据准备好后可以用来向主控制器发出中断。
DEVSEL——设备选择信号，表明驱动它的设备已成当前访问的设备，由于在单片机系统中，RTL8029是单一的PCI设备，因此该信号可以不用。

2 PCI接口设计
在以太网控制器的接口信号中，除地址数据总线是双向的外，TRDY信号由以太网控制器产生，方向为从以太网控制器至PCI接口；其余信号都由接口部分产生，方向是从PCI接口至以太网控制器。
接口设计的思路是：可将PCI接口当作单片机的外部存储器看待，单片机以读写外部存储器的时序对PCI接口进行读写，再由PCI接口将这种读写操作时序转换成PCI时序对以太网控制器进行操作。
单片机在进行外部存储器操作时用到的信号有PO口、P2口、ALE以及RD和WR信号。其中，P0口为地址(低8位)／数据复用，P2口为高8位地址信号；ALE为地址锁存信号，为高电平时将P0口的值锁存到低8位数据线上；RD和WR为读写有效信号，低电平有效。因此，PCI接口实际上是起到一个从8位单片机读写时序到32位PCI读写时序转换的作用，原理框图如图1所示，访目时序如图2所示。

　　在图2中，可以完成对PCI设备的配置访问与I／O读写访问，只要有这两种访问就完全可以实现单片机对RTL8029的操作。IDSEL信号只是在配置访问中才起作月，在I／O访问中不使用该信号。
FRAME有效后的第一个时钟前沿是地址期的开始。此时在AD总线上传送地址，在C／BE总线上传送命令。IRDY有效后即为数据期，此时在AD总线上传送数据，在C／BE总线上传送字节使能。但数据的传输是在IRDY和TRDY同时有效的时钟前沿进行。字节使能指明此时32位数据线上的数据中哪一个数据字节是有效的。