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8位單片機與以太網(wǎng)控制器RTL8029接口的VHDL設(shè)計

作者: 時間:2006-06-21 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
51系列單片機是當(dāng)前使用最為廣泛的系列,其豐富的開發(fā)資源和較低的開發(fā)成本,使51系列單片機現(xiàn)在以至將來都仍會有強大的生命力。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展的今天,實際工作中有將51系列單片機系統(tǒng)接入網(wǎng)絡(luò)的需求。由于5 1系列單片機沒有集成以太網(wǎng)接口,因此,如何將51系列單片機系統(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8019、8029和8139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標準和5V標準,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標準,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)備準備好信號。
TRDY――從設(shè)備準備好信號。
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)作單片機的外部存儲器看待,單片機以讀寫外部存儲器的時序?qū)CI接口進行讀寫,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(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。
讀配置的過程:首先送地址,送命令(命令值為1010B)和字節(jié)使能,再讀配置空間中的內(nèi)容。
寫配置的過程:首先送地址,送命令(命令值為101lB)和字節(jié)使能,再送配置數(shù)據(jù)。
讀I/O的過程:首先送地址,送命令(命令值為0010B)和字節(jié)使能,再讀I/O空間中的內(nèi)容。
寫I/O的過程:首先送地址,送命令(命令值為001lB)和字節(jié)使能,再送數(shù)據(jù)。
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(dāng)C/BEO有效時,AD[1:O]必須為00,當(dāng)C/BE3有效時,AD[1:0]必須為11。在具體訪問中,每當(dāng)一個設(shè)備地址譯碼選中后,便要檢查字節(jié)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(xié)議中關(guān)于這一部分的內(nèi)容,才能正確操作以太網(wǎng)控制器。
總線命令/字節(jié)使能(C/BE)寄存器的地址有效后的一個時鐘周期內(nèi),F(xiàn)RAME信號應(yīng)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(xù)一個周期,然后立即進入數(shù)據(jù)期。在單片機系統(tǒng)中可以不考慮去支持復(fù)雜的PCI數(shù)據(jù)連發(fā),進入數(shù)據(jù)期后,F(xiàn)RAME信號應(yīng)立即拉回高電平,此時C/BE[3:0]總線上為字節(jié)使能。因此FRAME信號可以用總線命令/字節(jié)使能寄存器的地址信號來產(chǎn)生。
IRDY信號在數(shù)據(jù)期才有效,因此IRDY也可以由總線命令/字節(jié)使能寄存器的地址信號來產(chǎn)生或由FRAME信號來產(chǎn)生。
IDSEL信號只與配置訪問有關(guān),因此可以通過總線命令的命令字來產(chǎn)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(chǎn)生IDSEL信號。
另外前面已說明,可將PCI接口當(dāng)作外部存儲器來訪問,因此,要從8位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成32位的數(shù)據(jù)。PCI接口中需要設(shè)計以下寄存器:
寄存器0,對應(yīng)于32位數(shù)據(jù)/地址總線的AD[7:0],用于寫;
寄存器1,對應(yīng)于32位數(shù)據(jù)/地址總線的AD[15:8],用于寫;
寄存器2,對應(yīng)于32位數(shù)據(jù)/地址總線的AD[23:16],用于寫;
寄存器3,對應(yīng)于32位數(shù)據(jù)/地址總線的AD[31:24],用于寫:
寄存器4,對應(yīng)于32位數(shù)據(jù)/地址總線的AD[7:O],用于讀;
寄存器5,對應(yīng)于32位數(shù)據(jù)/地址總線的.AD[1 5:8],用于讀;
寄存器6,對應(yīng)于32位數(shù)據(jù)/地址總線的AD[23:16],用于讀;
寄存器7,對應(yīng)于32位數(shù)據(jù)/地址總線的AD[31:24],用于讀;
總線命令/字節(jié)使能寄存器,對應(yīng)于C/BE[3:0];
復(fù)位寄存器,用于對RTL8029AS的硬件復(fù)位操作。
根據(jù)以上分析,得PCI接口原理框圖,如圖3所示。

3 接口的實現(xiàn)

PCI接口的代碼見本刊網(wǎng)站:www.dpj.com.cn。

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(jié)語
本文所闡述的設(shè)計方法,已成功應(yīng)用在無線電監(jiān)測系統(tǒng)的遠程控制中,通過5l單片機系統(tǒng)接入以太網(wǎng),實現(xiàn)了在網(wǎng)絡(luò)上對遠程機房設(shè)備的無人監(jiān)控。



關(guān)鍵詞: VHDL RTL 8位單片機

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