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

***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。

讀配置的過程：首先送地址，送命令（命令值為1010B）和字節使能，再讀配置空間中的內容。

寫配置的過程：首先送地址，送命令（命令值為101lB）和字節使能，再送配置數據。

讀I／O的過程：首先送地址，送命令（命令值為0010B）和字節使能，再讀I／O空間中的內容。

寫I／O的過程：首先送地址，送命令（命令值為001lB）和字節使能，再送數據。

在I／O訪問中，AD［1:O］兩位有特殊要求，需要與C／BE［3：0］相配合。當C／BEO有效時，AD［1：O］必須為00，當C／BE3有效時，AD［1：0］必須為11。在具體訪問中，每當一個設備地址譯碼選中后，便要檢查字節使能信號是否與AD［1：0］相符。如果二者矛盾，則整個訪問將無法完成。因此，寫單片機軟件需要參考PCI總線協議中關于這一部分的內容，才能正確操作以太網控制器。

總線命令／字節使能（C／BE）寄存器的地址有效后的一個時鐘周期內，FRAME信號應該有效，表示地址期開始，C／BE［3：0］總線上為總線命令，地址期可以只持續一個周期，然后立即進入數據期。在單片機系統中可以不考慮去支持復雜的PCI數據連發，進入數據期后，FRAME信號應立即拉回高電平，此時C／BE［3：0］總線上為字節使能。因此FRAME信號可以用總線命令／字節使能寄存器的地址信號來產生。

IRDY信號在數據期才有效，因此IRDY也可以由總線命令／字節使能寄存器的地址信號來產生或由FRAME信號來產生。

IDSEL信號只與配置訪問有關，因此可以通過總線命令的命令字來產生。在I／O訪問時。命令字的最高位bit3為O；在配置訪問時。命令字的最高位bit3為l。因此，可以用該位來產生IDSEL信號。

另外前面已說明，可將PCI接口當作外部存儲器來訪問，因此，要從8位數據轉換成32位的數據。PCI接口中需要設計以下寄存器：

寄存器0，對應于32位數據／地址總線的AD［7：0］，用于寫；

寄存器1，對應于32位數據／地址總線的AD［15：8］，用于寫；

寄存器2，對應于32位數據／地址總線的AD［23：16］，用于寫；

寄存器3，對應于32位數據／地址總線的AD［31：24］，用于寫：

寄存器4，對應于32位數據／地址總線的AD［7：O］，用于讀；

寄存器5，對應于32位數據／地址總線的．AD［1 5：8］，用于讀；

寄存器6，對應于32位數據／地址總線的AD［23：16］，用于讀；

寄存器7，對應于32位數據／地址總線的AD［31：24］，用于讀；

總線命令／字節使能寄存器，對應于C／BE［3：0］；

復位寄存器，用于對RTL8029AS的硬件復位操作。

根據以上分析，得PCI接口原理框圖，如圖3所示。

3、 接口的VHDL實現

以上代碼在Qaartus II下編譯并綜合，占用149個宏單元的資源，可選用CPLD器件MAx7l60來完成。

4、 結語

本文所闡述的設計方法，已成功應用在無線電監測系統的遠程控制中，通過5l單片機系統接入以太網，實現了在網絡上對遠程機房設備的無人監控。

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