现在以太网协议现已非常广泛地应用于各种计算机网络,如作业局域网、工业操控网络等场合，而且还不断地开展。根据以太网的新技术和联网设备不断出现，以太网现已成为事实上最常用的局域网络规范之一。但是，根据以太网的嵌入式系统当时并不是许多。其缘由除了嵌入式系统自身运转速度较慢、资本较少且不足以完结以太网的各种协议外，更重要是规划以太网的接口及协议相对比较复杂，使人望而生畏。这篇文章将研讨根据c8051f系列单片机系统的嵌入式系统与10mbps以太网操控器芯片rtl8019as的接口电路完结及编程办法。

一、嵌入式以太网接口剖析

1、接口构成

8位mcu的嵌入式设备经过以太网接口，将8位mcu收集的数据信息，传送到长途服务器。在这个进程中需求处置网络接口、接纳数据的剖析、发送数据段的封装等疑问。

以10baset以太网为例，发送数据时大概做的作业是首要对需求发送的数据进行曼切斯特编码，然后对编码后的数据进行预处置，使其发送的数据适合10baset的以太网传输，最终把处置好的数据以恰当的速度发送到以太网。一同为了保证数据的有用性，系统还应具有抵触检测和重发功用。在这个进程中，直接用8位mcu来完结该功用十分困难。解决的办法是用专门的网络接口芯片nic网络接口卡（nic-network interface card）来完结，这类芯片遵从ieee802.3所规则的csma/cd协议，除了供给物理链路所需的电气功用外，还供给曼切斯特编码、抵触检测和重发功用，可以用很少的外围电路一同完结数据的发送和接纳功用。这样，8位mcu只需求nic芯片供给初始装备和数据接口，这关于8位mcu是没有疑问的。

2、以太网操控芯片――rtl8019as

（1）、rtl8019as的首要功用

 契合以太网ii与ieee802.3（10base5、10base2、10baset）规范;全双工，收发可一同到达10mbit/s的速率;内置16kb的sram，用于收发缓冲，降低对主处置器的速度要求;

撑持8/16位数据总线，8个中止请求线以及16个i/o基地址选择;撑持utp、aui、bnc主动检测，还撑持对10baset拓扑布局的主动极性批改;答应4个确诊led引脚可编程输出;选用cmos技术，功耗低。单一电源5v供电。

（2）、rtl8019as的内部布局

rtl8019as芯片内部包含长途dma（直接存储器存取）接口、本地dma接口、mac（介质拜访操控）逻辑、数据编码解码逻辑和其它接口。这儿的dma与平时所说的dma有些不一样:rtl8019as芯片的本地dma操作是由操控器自身完结;而长途dma并不是在没有主处置器的参加下数据能主动移到主处置器的内存中，它指主处置器给出起址和长度就可以读写芯片的ram缓冲区，每操作一次ram地址主动加1，而通常ram操作每非必须先发地址再处置数据，速度较慢。

三、嵌入式设备网络互连规划方案

1、电路原理规划

c8051f020是美国cygnal公司推出的一种混合信号soc型8位单片机，它是一种完全集成的混合信号系统级芯片，具有与8051兼容的微操控器内核，与mcs-51指令集完全兼容。内核选用流水线布局，机器周期由规范的12个系统时钟周期降为1个系统时钟周期，70%指令的履行时刻为1个或2个系统时钟周期，处置能力大大提高，峰值功用可达25mips。

一同，除具有规范8051的数字外设部件外，c8051- f020片内还集成了构成一个单片机数据收集、操控系统所需求的简直一切模仿、数字外设及其他功用部件。这些外设或功用部件包含:用于多种模仿信号的模仿多路选择器、真正12位变换精度的adc，还有能满足特别功用所需的smbus（i2c兼容）、uart、spi、多个多功用计数器/定时器、以及看门狗定时器（wdt）和电源监视器等数字外设。

c8051f020具有100脚的tqfp封装，功耗低，供电电压为2.7～3.3v，全部i/o、rst、jtag引脚均耐5v电压。其mcu具有p0～p7共64个通用i/o端口，每个端口引脚都可以被装备为推挽输出或漏级开路输出。关于rtl8019as，因为其作业电压是5v，而c8051f020的作业电压是3.3v，所以要c8051f020的输出能非常好地驱动5v输入的oled，需求对系统进行额外装备。除了将对应端口的输出方法设置为“漏极开路”外，还应在电路大将每个端口经过一个上拉电阻接到5v电源，这样可以保证c8051f020的逻辑“1”输出可以被提升到5v。

单片机选用c8051f020芯片，以查询作业方法不断读取rtl8019as状况寄存器。以长途dma方法发送或读取rtl8019as的数据。

因为网络操控器具有 ethernet（ieee802.3）协议处置功用，系统便可直接rj45衔接到以太网（再经过以太网接入 internet）。这篇文章所规划的系统中选用的rj45衔接器为lf1s022，它现已具有电平变换功用，简化了 pcb规划。值得注意的是，规划pcb时，rj45衔接器不能与cpu和网络芯片相距太远，避免对数据传输形成影响。

rtl8019as的tpin+（59脚）, tpin-（58脚）脚是tp 的一对输入脚，能以10mbits/s 的速率从双绞线接纳差分曼彻斯特编码的数据。tpout+（45脚）、tpout-（46脚）是一对曼彻斯特编码的差分tp输出信号。为了避免双绞线超载，该输出信号会被提早中止，这样可以削减拥塞。衔接时，这四个管脚别离接到 lf1s022的7、6、5、4脚。衔接器的其他管脚都经过一个电容与地衔接。最终，还必须在50、51脚之间接入一个20mhz的晶体振荡器。

扩展的rj45口接入互联网，rtl8019as经过本地dma方法将接纳到的数据送到片内sram，或许从片内sram读取数据从rj45口发送出去。

网卡的复位信号rstdrv由单片机的p5.2发生，rstdrv为高电平有用，最少需求800ns的宽度。由p5.2引脚发生一个1μs以上的高电平就可以使rtl- 8019as芯片复位。

rstdrv从高电平到低电平之后要等多久，单片机才可以对网卡进行操作？复位的进程将履行一些操作，比方将内部寄存器初始化等。这些最少需求2ms的时刻。为保证完全复位，大概等候更久的时刻之后才对网卡操作，比方100ms之后才对它操作。

对rstdrv可以接单片机的一个i/o口线进行网卡的复位，也可以直接将rstdrv跟单片机的reset引脚并联，单片机复位的时分，网卡也复位，以削减一个单片机的引脚运用。

2、网卡的初始化

网卡在可以正常作业以前，必须先对其进行初始化，通常带有操作系统的计算机上，网卡的初始化由其驱动程序完结。此例中因为c8051f020单片机是全裸机（不含驱动程序），不仅需求用户自个完结网卡的初始化，还需求用户自个设置网卡的mac（介质拜访操控）地址以及对网卡进行读写拜访。

初始化需求设置页0与页1的相关寄存器，页2的寄存器是只读的，不可以设置，页3的寄存器不是ne2000兼容的，不用设置。需初始化的寄存器包含cr、dcr、pbcr、pstart、pstop、isr、imr、par0～par5、mar0～mar7、curr、tcr、rcr等寄存器。初始化函数首要要完结以下诸项作业。

（1）、调用复位子程序队rtl8019as进行复位。有 两种复位方法:一是硬件复位，经过拉高拉低reset引脚到达复位rtl8019as的意图;二是软件复位，向if端口读 写数据从而使rtl8019as复位。

（2）、向指令寄存器cr写入0x21h使rtl8019as处于中止形式，设置寄存器。

（3）、设置数据装备寄存器dcr为运用fifo缓存、通常形式、8位数据传输形式，字节次序为高位字节在前，低位字节在后。设置rbcr0、rbcr1寄存器为0，即读取ram字节数。

（4）、设置接纳和发送缓冲区起止地址。pstart接纳缓冲区的起始页地址0x46;pstop接纳缓冲区的完毕页地址0x80;bnry指向最终一个现已读取页的指针0x46;tpsr发送页的起始地址0x40;curr芯片写内存指针，它指向当时正在写的页的下一个页，即初始化时指向0x47。

（5）、设置rcr接纳装备寄存器为0xcc，运用接纳缓冲区，仅接纳自个的地址的数据包（以及播送地址数据包）和多点播送地址包，小于64字节的包丢掉，校验错的数据包不接纳。设置tcr发送装备寄存器为0xe0，启用crc主动生成和主动校验，作业在正常形式。

（6）、设置mar0～mar8为0，铲除多播地址寄存器;设置isr为0xff，铲除中止状况寄存器;设置中止屏蔽寄存器imr为0，屏蔽一切中止请求。

（7）、将物理地址写入par0～5物理地址寄存器。

（8）、最终设置tcr发送装备寄存器为0xe0;设置指令寄存器cr为0x22，芯片进入正常作业状况，rtl8019as初始化完结。

初始化时，必需指明嵌入式设备的48位硬件地址和播送地址，并正确设置它的ip地址、子网掩码和默认网关。通常都在一个同级局域网内部进行，因而可以直接令网关的ip地址为0。

这篇文章剖析了嵌入式设备与以太网接口的构成，简要介绍了rtl8019as和c8019f芯片，并给出了嵌入式mcu与以太网操控芯片的硬件衔接及其软件规划。该规划以数据收集为例的，在工业生产中有很大的现实意义。

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