【正文】 圖 22 接口電路以太網接口的工作過程為：利用MCU控制網絡控制器的各項操作。 MCU與計算機之間通過RS232標準總線進行數(shù)據通訊，本課題采用電平轉換芯片MAX232實現(xiàn)他們之間的電平兼容，而RTL8019AS與局域網之間是通過采用無屏蔽雙絞線的RJ45接口，RTL8019AS已內置了10BASET的收發(fā)器，故接口部分電路比較簡單，只需要外接1個隔離濾波器PPT TPN+、TPN為接收線，TPOUT+、TPOUT－為發(fā)送線，經隔離后的4根線與RJ45接口相連。單片機實現(xiàn)TCP/IP涉及的元件主要是接口層單片機和網卡芯片。單片機的選擇主要考慮內存大小，是為了讓單片機有足夠大的RAM空間來處理至少一個以太網幀，通過比較，選擇Cygnal C8051F020；Ethernet接口電路采用以太網控制芯片RTL8019AS實現(xiàn)。RTL8019AS本身包含了Ethernet網絡模型中最低兩層。選擇CygnalC8051F020的主要優(yōu)勢為：（1）速度快，時鐘頻率為25MHz，峰值速度可達25MIPS,大多數(shù)指令執(zhí)行時間為1或2個周期，其它標準8051單片機指令執(zhí)行時間為12或24個時鐘周期。（2）片內具有4KB的SRAM，64KB的Flash，無需外擴資源，內部4KB的RAM足夠以太網幀的存儲，以太網最大包為1500字節(jié)，64KB的Flash對于適當?shù)某绦蚣訋讉€Web Pages是足夠的。（3）具有22個中斷源，可同時使用硬件SMBUS、SPI兩個UART串口。兩個A/D和兩個D/A轉換器，64個I/O口線。片內JTAG調試電路提供全速，非侵入式的電路內調試。（4）指令系統(tǒng)是大家所熟悉的8051指令集，具有兼容性。Realtek網卡芯片RTL8019的主要特點為：（1）價格便宜，NE2000兼容，符合Ethernet （10BASE5,10BASE2,10BASET）標準。（2）全雙工，收發(fā)可同時達到10MBPS的速率。RTL8019AS是做老式的ISA總線而設計的，ISA總線的總線速度為1Mb/s，而以太網的速度通常都在10Mb/s左右。（3）為了能讓ISA總線有足夠的時間讀寫網絡設計，RTL8019AS內部集成了16KB的RAM，用于收發(fā)緩沖，降低對主處理器的速度要求。（4）支持8/16位數(shù)據總線，8個中斷申請線以及16個I/O基地址選擇，允許4個診斷LED引腳可編程輸出。（5）8位單片機的總線速度恰好和ISA總線工作在8位數(shù)據線時的速度相當，所以為了讓單片機有足夠長的處理時間，我們選用RTL8019AS。RTL8019AS工作于8位和16位兩種模式IOCS16B接地，選擇8位模式。RSTDRV接單片機的Reset隨著單片機的復位。SD0～SD7是網卡的8位數(shù)據線，接單片機的P7口。網卡的20根地址線中SA10～SA19接地，其余接單片機的P2和P1口。8019具有兩套總線：一套用于和主處理器通信，稱為遠程DMA。另一套用于控制器內部，稱為本地DMA。8019擁有控制、狀態(tài)、數(shù)據寄存器，通過它們單片機可以與8019通信，實現(xiàn)數(shù)據包的收發(fā)。RTL8019AS內部16KB的雙端口的RAM，足夠接收多個以太網幀，它是按頁存儲的，每256Byte為一頁，共有64Page，一般把前12Page作為發(fā)送緩沖區(qū)，后52Page作為接收緩沖區(qū)，當更多的幀被接收時，由于RTL8019AS控制器的RAM對接收的幀有緩沖能力，使得CPU可以定時去處理一個幀。2．1C8051F020與RTL8019AS接口電路設計中的幾個問題：（1）I/O地址：RTL8019AS的第65腳JP決定網卡的工作方式，本設計中JP腳接高電平（VCC），即使用跳線方式。（2）中斷：單片機芯片的中斷由引腳80、778（IRQS2－IRQS0）決定。全部懸空時選擇IRQS0。本設計中沒有使用中斷方式，使用查詢方式。（3）網絡接口類型：由777（PL0、PL1）引腳決定，使用自動檢測。設計中64腳AUI懸空，使用BNC接口。（4）BROM：未用到BROM，引腳776667懸空即可。（5）總線模式：RTL8019AS的IOCS16B（即96腳）引腳通過一個27K的電阻拉低，使得RTL8019AS工作在8位總線。（6）考慮到系統(tǒng)硬件資源緊張的問題，在接口設計中， RTL8019AS的66引腳PNP懸空時，輸入狀態(tài)為低電平，因為芯片內部已經接了一個100K的下拉電阻。（7）C8051F020的讀、寫信號線直接和RTL8019AS的讀、寫信號線的引腳相連。其中P0口的8位數(shù)據總線直接和RTL8019AS的低8位數(shù)據線相連。(8)第64腳為AUI，該引腳決定使用AUI還是BNC接口。網卡的接口一般是BNC的。BNC接口方式支持8芯雙絞線或同軸電纜。使用BNC接口，將該引腳懸空即可。(9)網絡接口類型由74和77(PL0，PLI)引腳決定，這里使用自動檢測方式。會自動測接口類型是用同軸電纜還是雙絞線。 RTL8019AS網卡芯片，RTL8019AS的內部結構RTL8019AS內部可分為遠程DMA接口，本地DMA接口，MAC(介質訪問控制)邏輯，數(shù)據編碼解碼邏輯和其它端口。內部結構如下圖23所示：即插即用（PnP）8K16SRAMBoot ROM端口EEPROM端口MAC邏輯ENA(編碼譯碼)邏輯AUI接口雙絞線接口 圖 23 RTL8019AS內部結構遠程DMA接口是指：單片機對RTL8019AS內部RAM進行讀寫的總線，用于和主處理器通信。單片機收發(fā)數(shù)據只需要對遠程DMA操作。本地DMA接口是把RTL8019AS與網線的連接通道，完成控制器與網線的數(shù)據交換，用于控制器內部。MAC（介質訪問控制）邏輯完成一下功能：當單片機向網上發(fā)送數(shù)據時，先一幀數(shù)據通過遠程DMA通道送到RTL8019AS中的發(fā)送緩存區(qū)，然后發(fā)出傳送命令；當RTL8019AS完成了以上幀的發(fā)送后，再開始此幀的發(fā)送。RTL8019AS接收到的數(shù)據通過MAC比較、CRC校驗后，由FIFO存到接收緩沖區(qū)，收滿一幀后，以中斷或寄存器標志的方式通知主處理器。FIFO邏輯對收發(fā)數(shù)據作16字節(jié)的緩沖，以減少對本地DMA請求的頻率。RTL8019AS支持三種工作方式:即插即用方式，I/O地址和中斷都由操作系統(tǒng)管理，用戶不必過多干預，但是較耗費系統(tǒng)資源；跳線方式，網卡的I/O地址和中斷都由跳線決定；非跳線方式。網卡使用何種方式由RTL8019AS的輸入引腳的第65腳JP決定。當該引腳為低電平時，可決定RTL8019AS是工作在第2種還是第3種方式。RTL8019AS網卡的第65腳一般為懸空，此時引腳的輸入伏態(tài)為低電平(懸空輸入腳的電平為低電平，因片內接有一個100 kΩ的下拉電阻)。如果第65腳接高電平(VCC)，即使用跳線方式。RTL8019AS的本地DMA操作是由控制器本身完成的，而其遠程DMA并不是在無處理器的參與下，數(shù)據能自動移到主處理器的內存中，它的操作機制是這樣的：主處理器先賦值與遠程DMA的起始地址寄存器RSAR0、RSAR1和字節(jié)計數(shù)器RR0、RBCR1,然后在RTL8019AS的DMA I/O地址上讀寫指定地址上的數(shù)據。，內部RAM地址空間分配RTL8019AS內部有兩塊RAM區(qū)。一塊16K字節(jié)，地址為0X4000～0X7FFF；一塊32字節(jié)，地址為0X0000~0X001F。RAM按頁存儲，采用分頁的方式管理，每256字節(jié)為一頁。一般將RAM的前12頁（即0X4000~0X4BFF）存儲區(qū)作為發(fā)送緩沖區(qū)；后52頁（即0X4C00～0X7FFF）存儲區(qū)作為接收緩沖區(qū)。第0頁叫Prom頁，只有32字節(jié)，地址為0X0000～0X001F,用于存儲以太網物理地址。要接收或發(fā)送數(shù)據包就必須通過DMA讀寫RTL8019AS內部的16KB RAM。它實際是個雙端口的RAM，是指有兩套總線連接到RAM,一套總線RTL8019AS讀或寫該RAM,即本地DMA。另一套總線是單片機讀或寫該RAM,即遠程DMA。在介紹RTL8019AS結構時已給出具體定義，這里不贅述。RTL8019AS有20根地址線，但是真正能夠尋址的范圍只有：0X00300～0X0031F這32個地址。其中0X00300～0X0030F分配給了寄存器組，0X00310～0X00317分配給了遠程DMA端口，剩下的地址空間分配給了復位端口。， I/O地址分配RTL8019AS具有32位輸入輸出地址，地址偏移量為00H～1FH。（其中00H～0FH共16個地址，為寄存器地址）RTL8019AS寄存器組共77個寄存器，分配給寄存器的地址只有16個，因此RTL8019AS采用分頁面管理的方式，將這些寄存器分為4個頁面：PAGE0、PAGEPAGEPAGE3，每頁的大小為16個字節(jié)，剛好對應分配給寄存器的16個地址。其中PAGE0頁的寄存器在讀和寫的情況下，意義是不同的。在PAGE0～PAGE2共有58個寄存器。這些是和NE2000兼容的寄存器件，和RTL8019AS本身設置相關的寄存器放在PAGE3里，PAGE3是RTL8019AS自己定義的，對于其它兼容NE2000的芯片如DM9008無效。所有這些頁都包含了叫做CR（Command Register命令寄存器）的寄存器，本系統(tǒng)中其對應的地址是0X00300。通過設置CR寄存器中最高兩位來決定要訪問的頁。其中芯片的I/0地址由引腳8882和81來決定。C8051F020雖然可以直接讀寫寄存器組，但是卻不能直接讀寫雙口RAM，需要通過遠程DMA端口間接訪問雙口RAM，（遠程DMA地址包括10H～17H），C8051F020先在寄存器組中設置緩沖區(qū)地址和字節(jié)計數(shù)器，然后通過循環(huán)讀寫遠程DMA端口，把數(shù)據傳送到雙口RAM的緩沖區(qū)，或從其中讀取出來。實際上C8051F020在讀寫RTL8019AS時只需要5根地址線與RTL8019AS最低5位地址線相連就可以了。RTL8019AS上的其它15根地址線按照I/O基地址的設置（0B000000000011000XXXXX）分別接地或者高電平。復位端口包括18H～1FH,共8個地址，功能一樣，用于RTL8019AS復位。在上文中已經談到硬件設計中的幾個注意問題，這里就不累敘，下面就簡單給出RTL8019AS引腳的兩個連接表，以及幾個需要強調的引腳。RTL8019AS的20根地址線SA0～SA19，如下表21連接：表21 RTL8019AS地址線的連接SA19~SA10接地SA9~SA8SA7~SA0接單片機C8051F020的P7口 RTL8019AS與單片機的連接 RTL8019AS按功能可將其劃分為:接收模塊、CRC產生模塊、發(fā)送功能模塊、地址識別模塊、FIFO控制模塊、協(xié)議邏輯陣列模塊及DMA和緩沖控制模塊。連接表以及總線信號見表22。表22 RTL8019AS的總線接口引腳與單片機的連接表Pin 29IORB讀信號，接到單片機的WR引腳（）Pin 30IOWB寫信號，接到單片機的RD引腳（）Pin 33RSTDRVRESET信號，接單片機的T0 ()Pin 34AEN地址有效信號，接地。Pin 96IOCS16采用電阻下拉該引腳，復位時刻腳為低電平，選擇8位模式。Pin 36~ Pin 43SD 0~SD 78位數(shù)據總線，接單片機的P0口。（只用到8位數(shù)據總線，SD 8~ SD 15 不接）上表22為讀寫操作、復位操作對應的連接表23 RTL8019AS網卡接口電路所使用的總線信號信 號 線引 腳數(shù) 據 信 號 線SD0~SD15地 址 信 號 線SA0~SA19地 址 允 許 線AENI/O通 道 準 備 好 信 號 線IOCHRDY復 位 信 號 線RESETDRVI/O 讀 信 號/IORI/O 寫 信 號/IOWI/O 片 選16位 信 號/IOCS16時鐘電路通過TT2接口一個20MHz晶振以及2個電容，實現(xiàn)全雙工方式。LED0LED1各接一個發(fā)光二極管以反映通訊狀態(tài)：LED0表示LED_COL，即通訊有沖突；LED1表示LED_RX，即接收到網上的信息包。 外部數(shù)據存儲器62256和鎖存器74HC573使用外部RAM 62256的目的是提高單片機的數(shù)據傳輸速度和進行復雜的TCP/IP處理。由于以太網的包最大可以有1500多字節(jié)，C8051F020單片機內部RAM無法存儲這么大的包，只有放到外部RAM里。同時外部RAM也用作串行口的輸入輸出緩沖，以使單片機可以較快地吞吐數(shù)據(用網卡上的RAM來代替62256會影響速度)。D0~D7接單片機的P7口，/OE接單片機的RD，/WR接單片機的/WR，/。SD鎖存器74HC373的DATAO一DATA7接單片機的P7口，/OE接地，LE接單片機的ALE。因此外部存儲器62256占用單片機的外部數(shù)據地址空間000OH一7FFFH，共32k字節(jié)。 RS232串行通信接口電路PC機與單片機通信的RS232通信接口電路原理圖24所示：C8051F020的TX0與RX0腳連接在RS232接口芯片上MAX232E上。而DB9插座的2腳可與PC機端的串口RX0腳相連，DB9插座的3腳可與PC機端的串口TX0腳相連，5腳接地。 圖24接口電路 FLASH芯片F(xiàn)LASH又名閃存，屬于EEPROM，即電可擦除可編程的存儲器。由于具有電可擦除的特性，并且其數(shù)據可保留上百年，所以它的應用范圍非常廣泛，非常適用于作為CPU的外部存儲器，或者作為需要存儲大量數(shù)據的外部EEPROM。W29C040為32腳DIP封裝芯片，工作電壓為5V，內部 512