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(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(xié)議 (PHY層和MAC層協(xié)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(xié)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(xù)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(jié)使能復用信號。地址期是總線命令，數據期是字節(jié)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(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數據準備好后可以用來向主控制器發(fā)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(tǒng)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(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(jié)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(jié)使能指明此時32位數據線上的數據中哪一個數據字節(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，再送配置數據。
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(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(jié)使能(C／BE)寄存器的地址有效后的一個時鐘周期內，F(xiàn)RAME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(xù)一個周期，然后立即進入數據期。在單片機系統(tǒng)中可以不考慮去支持復雜的PCI數據連發(fā)，進入數據期后，F(xiàn)RAME信號應立即拉回高電平，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生。
IRDY信號在數據期才有效，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。命令字的位bit3為O；在配置訪問時。命令字的位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(jié)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(xiàn)
PCI接口的VHDL代碼見本刊網站：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 結語
本文所闡述的設計方法，已成功應用在無線電監(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，實現(xiàn)了在網絡上對遠程機房設備的無人監(jiān)控。