1 以太網(wǎng)（Ethernet）協(xié)議

　　一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)物理傳輸幀由七部分組成（如表1所示，單位：字節(jié)）,。

　　表1 以太網(wǎng)的物理傳輸幀結(jié)構(gòu)表

　　除了數(shù)據(jù)段的長度不定外,，其他部分的長度固定不變。數(shù)據(jù)段為46～1500字節(jié),。以太網(wǎng)規(guī)定整個(gè)傳輸包的最大長度不能超過1514字節(jié)（14字節(jié)為DA,、SA、TYPE）,，最小不能小于60字節(jié),。除去DA、SA,、TYPE14字節(jié),，還必須傳輸46字節(jié)的數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)不足46字節(jié)時(shí)需填充,，填充字符的個(gè)數(shù)不包括在長度字段里,；超過1500字節(jié)時(shí)，需拆成多個(gè)幀傳送,。事實(shí)上,，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，PR,、SD,、FCS及填充字段這幾個(gè)數(shù)據(jù)段由以太網(wǎng)控制器自動產(chǎn)生；而接收數(shù)據(jù)時(shí),，PR,、SD被跳過，控制器一旦檢測到有效的前序字段（即PR,、SD）,，就認(rèn)為接收數(shù)據(jù)開始。

　　2 RTL8019AS以太網(wǎng)控制器簡介

　　由臺灣Realtek公司生產(chǎn)的RTL8019AS以太網(wǎng)控制器,，由于其優(yōu)良的性能,、低兼的價(jià)格,，使其在市場上10Mbps網(wǎng)卡中占有相當(dāng)?shù)谋壤?/p>

　　2.1 主要性能

　　（1）符號Ethernet II與IEEE802.3（10Base5,、10Base2,、10BaseT）標(biāo)準(zhǔn)；

　?。?）全雙工,，收發(fā)可同時(shí)達(dá)到10Mbps的速率；

　?。?）內(nèi)置16KB的SRAM,，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(jù)總線,，8個(gè)中斷申請線以及16個(gè)I/O基地址選擇,；

　　（5）支持UTP,、AUI,、BNC自動檢測，還支持對10BaseT拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的自動極性修正,；

　?。?）允許4個(gè)診斷LED引腳可編程輸出；

　?。?）100腳的PQFP封裝,，縮小了PCB尺寸。

　　2.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　RTL8019AS內(nèi)部可分為遠(yuǎn)程DMA接口,、本地DMA接口,、MAC（介質(zhì)訪問控制）邏輯、數(shù)據(jù)編碼解碼邏輯和其他端口,。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示,。

　　遠(yuǎn)程DMA接口是指單片機(jī)對RTL8019AS內(nèi)部RAM進(jìn)行讀寫的總線，即ISA總線的接口部分,。單片機(jī)收發(fā)數(shù)據(jù)只需對遠(yuǎn)程DMA操作,。本地DMA接口是把RTL8019AS與網(wǎng)線的連接通道，完成控制器與網(wǎng)線的數(shù)據(jù)交換,。

　　MAC（介質(zhì)訪問控制）邏輯完成以下功能：當(dāng)單片機(jī)向網(wǎng)上發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),，先將一幀數(shù)據(jù)通過遠(yuǎn)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(dāng)RTL8019AS完成了上幀的發(fā)送后,，再開始此幀的發(fā)送,。RTL819接收到的數(shù)據(jù)通過MAC比較、CRC校驗(yàn)后,，由FIFO存到接收緩沖區(qū),；收滿一幀后，以中斷或寄存器標(biāo)志的方式通知主處理器,。FIFO邏輯對收發(fā)數(shù)據(jù)作16字節(jié)的緩沖,，以減少對本地DMA請求的頻率。

　　2.3 內(nèi)部RAM地址空間分配

　　RTL8019AS內(nèi)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，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(wǎng)物理地址,。

　　要接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包就必須通過DMA讀寫RTL8019AS內(nèi)部的16KB RAM,。它實(shí)際上是雙端口的RAM，是指有兩套總線連接到該RAM,，一套總線RTL8019AS讀或?qū)懺揜AM,，即本地DMA；另一套總線是單片機(jī)讀或?qū)懺揜AM,，即遠(yuǎn)程DMA,。

　　2.4 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(gè)地址,，為寄存器地址。寄存器分為4頁：PAGE0,、PAGE1,、PAGE2、PAGE3,，由RTL8019AS的CR（Command Register命令寄存器）中的PS1,、PS0位來決定要訪問的頁。但與NE2000兼容的寄存器只有前3頁，PAGE3是RTL8019AS自己定義的,，對于其他兼容NE2000的芯片如DM9008無效,。遠(yuǎn)程DMA地址包括10H～17H，都可以用來做遠(yuǎn)程DMA端口,，只要用其中的一個(gè)就可以了,。復(fù)位端口包括18H～1FH共8個(gè)地址，功能一樣,，用于RTL8019AS復(fù)位,。

　　3 接口電路設(shè)計(jì)

　　下面介紹51系列單片機(jī)與RTL8019AS的接口電路，實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)接口采用UTP（無屏蔽雙絞線）RJ-45接口,。

　　圖2給出了89C52單片機(jī)控制RTL8019AS實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通訊的接口電路框圖,。用到的主要芯片有80C52、RTL8019AS,、93C46（64×16bit的EEPROM）,、74HC573（8位鎖存）、62256（32K字節(jié)的RAM）,。為分配好地址空間,，采用對93C46進(jìn)行讀（或?qū)懀┎僮鱽碓O(shè)置RTL8019AS的端口I/O基地址和以太網(wǎng)物理地址,。

　　93C46是采用4線SPI串行接口的Serial EEPROM,，容量為1Kbit（64×16bit），主要保存RTL8019AS的配置信息,。00H～03H的地址空間用于存儲RTL8019AS內(nèi)配置寄存器CONFIG1～4的上電初始化值,；地址04H～11H存儲網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)地址即物理地址；地址12H～7FH內(nèi)存儲即插即用的配置信息,。RTL8019AS通過引腳EECS,、EESK、EEDI控制93C46的CS,、SK,、DI引腳，通過EEDO接收93C46的DO引腳的狀態(tài),。RTL8019AS復(fù)位后讀取93C46的內(nèi)容并設(shè)置內(nèi)部寄存器的值,，如果93C46中內(nèi)容不正確，RTL8019AS就無法正常工作,。先通過編程器如ALL07把配置好的數(shù)據(jù)寫入93C46,，再焊入電路。

　　對93C46進(jìn)行數(shù)據(jù)配置：數(shù)據(jù)00H寫入93C46的地址00H內(nèi),；93C46地址04H～0AH中存放的是物理地址,，可以寫入設(shè)置所需的物理地址值，或不修改，采用原始值為物理地址,。通過編程器讀出04H～0AH的原始值為52544CC59906,，即所采用的物理地址。

　　這樣,，RTL8019AS復(fù)位后讀取93C46中配置好的內(nèi)容,，對應(yīng)設(shè)置配置寄存器CONFIG1的值為00H，CONFIG1的低4位IOS3～0用于選擇I/O基地址,。IOS3～0設(shè)置值均為0時(shí),，RTL8019AS選擇的端口I/O基地址為300H。

　　RTL8019AS的地址為20位,，那么用到RTL8019AS的地址空間為00300H～0031FH,，用二進(jìn)制表示00300H～0031FH，可以發(fā)現(xiàn)第19位到第5位是固定的：000000000011000,。RTL8019 AS的20根地址線SA0～SA19如表2連接,。

　　表2 RTL8019AS地址線的連接表

　　通過ADDR15,、I/OW,、I/OR來劃分RTL8019AS和62256的地址空間。ADDR15接62256的CE腳,，低電平時(shí)選擇62256,；高電平時(shí)選擇RTL8019AS的地址空間80C52單片機(jī)的地址為16位，按圖2的電路框圖連接RTL8019AS的地址空間,。定義reg00～reg1f來對應(yīng)端口00300H～0031FH,。

　　#define reg00 XBYTE[0x8000]/*300H*/

　　#define reg01 XBYTE[0x8001]/*301H*/

　　…

　　#define reg1f XBYTE[0x801F]/*31FH*/

　　讀寫操作、復(fù)位操作對應(yīng)的引腳按表3連接,。

　　表3 RTL8019AS的ISA總線接口引腳與單片機(jī)的連接表

　　采用10BASE-T布線標(biāo)準(zhǔn)通過雙絞線進(jìn)行以太網(wǎng)通訊,，而RTL8019AS內(nèi)置了10BASE-T收發(fā)器,，所以網(wǎng)絡(luò)接口的電路比較簡單。外接一個(gè)隔離LPF濾波器0132,，TPIN±為接收線,，TPOUT±為發(fā)送線，經(jīng)隔離后分別與RJ-45接口的RX±,、TX±端相連,。

　　時(shí)鐘電路通過T1、T2接口一個(gè)20MHz晶振以及2個(gè)電容,，實(shí)現(xiàn)全雙工方式,。

　　LED0、LED1各接一發(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(wǎng)上的信息包,。

　　4 程序設(shè)計(jì)

　　所有程序采用Framclin C51語言編制,，可讀性強(qiáng)，移植性好,，開發(fā)簡易,。

　　4.1 復(fù)位RTL8019AS

　　80C52的P3.4連接RTL8019AS的RESDRV來進(jìn)行復(fù)位操作。RSTDRV為高電平有效,，至少需要800ns的寬度,。給該引腳旋加一個(gè)1μs以上的高電平就可以復(fù)位,。施加一個(gè)高電平后,，然后施加一個(gè)低電平。復(fù)位過程將執(zhí)行一些操作,，至少需要2ms的時(shí)間,，推薦等待更久的時(shí)間之后如100ms之后才對它操作，以確保完全復(fù)位,。

　　4.2 初始化RTL8019AS

　　初始化頁0與頁1的相關(guān)寄存器,，頁2的寄存器是只讀的，不可以設(shè)置,，頁3的寄存器不是NE2000兼容的,，不用設(shè)置。

　?。?）CR=0x21,選擇頁0的寄存器,；

　　（2）TPSR=0x45，發(fā)送頁的起始頁地址,，初始化為指向第一個(gè)發(fā)送緩沖區(qū)的頁即0x40,；

　　（3）PSTART=0x4c,，PSTOP=0x80,，構(gòu)造緩沖環(huán)：0x4c～0x80；

　?。?）BNRY=0x4c,，設(shè)置指針；

　?。?）RCR=0xcc,，設(shè)置接收配置寄存器，使用接收緩沖區(qū),，僅接收自己地址的數(shù)據(jù)包（以及廣播地址數(shù)據(jù)包）和多點(diǎn)播送地址包,，小于64字節(jié)的包丟棄，校驗(yàn)錯的數(shù)據(jù)包不接收,；

　?。?）TCR=0xe0，設(shè)置發(fā)送配置寄存器,，啟用CRC自動生成和自動校驗(yàn),，工作在正常模式；

　?。?）DCR=0xc8,，設(shè)置數(shù)據(jù)配置寄存器，使用FIFO緩存,，普通模式,，8位數(shù)據(jù)DMA；

　?。?）IMR=0x00,，設(shè)置中斷屏蔽寄存器，屏蔽所有中斷,；

　?。?）CR=0x61,選擇頁1的寄存器；

　?。?0）CURR=0x4d,，CURR是RTL8019AS寫內(nèi)存的指針，指向當(dāng)前正在寫的頁的下一頁,，初始化時(shí)指和0x4c+1=0x4d,；

　?。?1）設(shè)置多址寄存器MAR0～MAR5，均設(shè)置為0x00,；

　?。?2）設(shè)置網(wǎng)卡地址寄存器PAR0～PAR5；

　?。?3）CR=0x22,，選擇頁1的寄存器，進(jìn)入正常工作狀態(tài),。

　　4.3 發(fā)送幀

　　將待發(fā)送的數(shù)據(jù)按幀格式封裝,，通過遠(yuǎn)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,，完成幀的發(fā)送,。需要設(shè)置以太網(wǎng)目的地址、以太網(wǎng)源地址,、協(xié)議類型,，再按所設(shè)置的協(xié)議類型來設(shè)置數(shù)據(jù)段。之后啟動遠(yuǎn)程DMA,，數(shù)據(jù)寫入RTL8019AS的RAM,，再啟動本地DMA，將數(shù)據(jù)發(fā)送網(wǎng)上,。

　　RTL8019AS無法將整個(gè)數(shù)據(jù)包通過DMA通道一次存入FIFO,，則在構(gòu)成一個(gè)新的數(shù)據(jù)包之前必須先等待前一數(shù)據(jù)包發(fā)送完成。為提高發(fā)送效率,，設(shè)計(jì)將12頁的發(fā)送緩存區(qū)分為兩個(gè)6頁的發(fā)送緩存區(qū),，一個(gè)用于數(shù)據(jù)包發(fā)送，另一個(gè)用于構(gòu)造端的數(shù)據(jù)包,，交替使用,。

　　5 軟件的調(diào)試與驗(yàn)證

　　調(diào)試環(huán)境包括RTL8019AS實(shí)驗(yàn)板、PC機(jī)（帶網(wǎng)卡）以及網(wǎng)線,。

　　用C51語言編程,，實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議中ARP數(shù)據(jù)幀的收發(fā)。

　　實(shí)驗(yàn)中,，單片機(jī)首先構(gòu)造一個(gè)ARP請求包發(fā)送給PC機(jī)，PC機(jī)收到后會發(fā)送一個(gè)ARP應(yīng)答包給單片機(jī),，單片機(jī)收到該應(yīng)簽包后再發(fā)一個(gè)ARP請求包給PCF機(jī),，如此不斷循環(huán)，來測試系統(tǒng)的性能,。在PC機(jī)上采用Sniffer軟件如Windump軟件來監(jiān)視(或截獲)PC機(jī)網(wǎng)卡接收ARP包的情況,，取得了滿意的效果,。