8位单片机与以太网控制器RTL8029接口的VHDL设计

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
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。 读配置的过程:首先送地址,送命令(命令值为1010B)和字节使能,再读配置空间中的内容。 写配置的过程:首先送地址,送命令(命令值为101lB)和字节使能,再送配置数据。 读I/O的过程:首先送地址,送命令(命令值为0010B)和字节使能,再读I/O空间中的内容。 写I/O的过程:首先送地址,送命令(命令值为001lB)和字节使能,再送数据。 在I/O访问中,AD[1:O]两位有特殊要求,需要与C/BE[3:0]相配合。当C/BEO有效时,AD[1:O]必须为00,当C/BE3有效时,AD[1:0]必须为11。在具体访问中,每当一个设备地址译码选中后,便要检查字节使能信号是否与AD[1:0]相符。如果二者矛盾,则整个访问将无法完成。因此,写单片机软件需要参考PCI总线协议中关于这一部分的内容,才能正确操作以太网控制器。 总线命令/字节使能(C/BE)寄存器的地址有效后的一个时钟周期内,FRAME信号应该有效,表示地址期开始,C/BE[3:0]总线上为总线命令,地址期可以只持续一个周期,然后立即进入数据期。在单片机系统中可以不考虑去支持复杂的PCI数据连发,进入数据期后,FRAME信号应立即拉回高电平,此时C/BE[3:0]总线上为字节使能。因此FRAME信号可以用总线命令/字节使能寄存器的地址信号来产生。 IRDY信号在数据期才有效,因此IRDY也可以由总线命令/字节使能寄存器的地址信号来产生或由FRAME信号来产生。 IDSEL信号只与配置访问有关,因此可以通过总线命令的命令字来产生。在I/O访问时。命令字的最高位bit3为O;在配置访问时。命令字的最高位bit3为l。因此,可以用该位来产生IDSEL信号。 另外前面已说明,可将PCI接口当作外部存储器来访问,因此,要从8位数据转换成32位的数据。PCI接口中需要设计以下寄存器: 寄存器0,对应于32位数据/地址总线的AD[7:0],用于写; 寄存器1,对应于32位数据/地址总线的AD[15:8],用于写; 寄存器2,对应于32位数据/地址总线的AD[23:16],用于写; 寄存器3,对应于32位数据/地址总线的AD[31:24],用于写: 寄存器4,对应于32位数据/地址总线的AD[7:O],用于读; 寄存器5,对应于32位数据/地址总线的.AD[1 5:8],用于读; 寄存器6,对应于32位数据/地址总线的AD[23:16],用于读; 寄存器7,对应于32位数据/地址总线的AD[31:24],用于读; 总线命令/字节使能寄存器,对应于C/BE[3:0]; 复位寄存器,用于对RTL8029AS的硬件复位操作。 根据以上分析,得PCI接口原理框图,如图3所示。 3 接口的VHDL实现 PCI接口的VHDL代码见本刊网站:www.dpj.com.cn。 以上代码在Qaartus II下编译并综合,占用149个宏单元的资源,可选用CPLD器件MAx7l60来完成。 4 结语 本文所阐述的设计方法,已成功应用在无线电监测系统的远程控制中,通过5l单片机系统接入以太网,实现了在网络上对远程机房设备的无人监控。
编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/others/200703/9312.html
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