现在，以太网(Ethernet)协议现已十分广泛地运用于各种核算机网络，如作业局域网、工业操控网络、因特网等场合，并且还不断地在开展。单片机或微操控器(MCU)(也称为嵌入式体系)现已在各个领域得到了广泛的运用。现在绝大大都体系都是以MCU为中心，与监测、伺服、指示设备合作完结必定的功用。假如嵌入式体系可以衔接到Internet，则可以便利、低价地将信息传送到世界上的任何一个当地。因而单片机怎么操控以太网网卡进行传输数据，怎么加载TCP/IP协议衔接到互联网，这些都是一些具有挑战性的问题[1，2]。
单片机上网研讨最多的一个计划便是用单片机驱动ISA总线网卡或者是驱动依据ISA总线的以太网操控芯片。可是，近年来，跟着ISA总线在台式电脑上的消失(PC98今后的规范现已取消了ISA总线)，ISA总线的设备也不断削减，并且许多出产ISA网卡芯片的厂家现已中止出产ISA网卡芯片。在核算机上，大都设备用的是PCI总线，因而怎么制作低本钱的PCI总线的以太网接口设备，怎么用单片机来驱动PCI总线网卡，已成为现在核算机工业操控体系的当务之急。然而用只要16位地址总线、8位数据端口的8位单片机来直接驱动有32位地址数据复用总线及其他各种信号线的PCI总线网卡，几乎是不可能的。
为此，本文中选用PCI 9054接口芯片作为交流单片机与PCI设备间的桥梁，规划完结了单片机与PCI网卡间的牢靠通讯使命，并供给了首要硬件接口电路和首要程序原代码。
1PCI9054芯片介绍[3]
1.1PCI9054首要特性
PCI9054是由美国PLX公司出产的先进的PCI I/O加速器，他选用了先进的PLX数据管道结构技能。契合PCIV2,2规范的32 位33 MHz总线主控接口操控器可取得高达132 Mb/s的PCI突发传输速度。通用总线主控接口装备先进的数据流水线架构(Data Pipe Architecture(tm))，包含2个DMA引擎，可编程方针、开始器数据传输形式和PCI信息传输等功用。
1.2PCI9054本地总线作业形式介绍
PCI9054芯片衔接的本地端总线有3种作业形式：M形式、C形式和J形式。可利用形式挑选引脚加以挑选，其间C形式时序较为简略。为此，本计划规划挑选PCI 9054作业在C形式。当PCI9054作业在C形式时，其数据传输选用直接数据传输方法，按数据传输的操控方法，他又分为3种传输形式，如表1所示。
本计划规划选用PCI初始化器形式，经过本地端的单片机来操控PCI9054芯片，然后经过PCI9054芯片来驱动PCI总线上的网卡，在这里PCI9054芯片就象一个桥梁，衔接了2个不同的总线设备。其读写作业原理如图1所示。
1.3PCI9054寄存器简介
PCI9054内部供给了5种寄存器：PCI装备寄存器，本地端装备寄存器，运转时刻RUNTIME寄存器，DMA寄存器和I2O信息寄存器。在本计划规划中，咱们首要用到2种装备寄存器：PCI装备寄存器和本地端装备寄存器，下面临这2种寄存器的功用做扼要介绍。
PCI装备寄存器也便是咱们常说的PCI装备空间，他供给了装备PCI的一些信息。其间VenderID，DeviceID，RevisionID，HeaderType，ClassCode用于PCI设备的辨认。指令寄存器(Command)包含设备操控位，包含答应存储器读写呼应等。状况寄存器(Status)用于记载PCI总线的相关事情。PCI装备寄存器供给了6个基地址寄存器，这些基地址都是在体系中的物理地址规模内，其间BASE0和BASE1都是用来拜访其他装备寄存器的基地址，BASE1是其他装备寄存器映射到PCI端内存的基地址，BASE2是其他寄存器映射到PCI端I/O的基地址。所以可以经过PCI端内存和PCI端I/O来拜访LOCAL装备寄存器与其他3种寄存器。BASE2～5四个空间供给了拜访本地端所接的4个芯片(当然可以少于4个)，他们将本地端的芯片经过本地端地址(在LOCAL装备寄存器中设)翻译成PCI的地址，也便是将本地的芯片映射到体系的内存或I/O口。这样使得用程序操作这一段内存(或I/O)实际上便是对本地的芯片操作。
本地端装备寄存器供给了本地端的一些信息，在本计划规划中，首要是经过装备本地端装备寄存器来将本地端的单片机读写指令、周期转化成PCI端的读写指令及周期。也就相当于将PCI端网卡上的芯片及存储器映射到本地端，与本地端的存储器一致编址，这样单片机只要能拜访本地端的内存，那么就能用来拜访PCI总线上的网卡。
PCI9054作业时需求一个装备芯片E?2PROM，以便在PCI卡上电的时分装备PCI 9054，首要装备PCI卡的VendorID和DeviceID，这是体系用来标识PCI卡的。别的，还需求了其他寄存器，首要起到了对PCI 9054初始化的效果。其间本地端寄存器也可以由本地CPU读写，直接进行装备。
2RTL8029网卡简介
?RTL8029是契合Ne2000规范的32位PCI总线网卡，遵从IEEE802.3协议。按功用可将其划分为：接纳功用模块、CRC发生模块、发送功用模块、地址辨认模块、FIFO操控模块、协议逻辑阵列模块及DMA和缓冲操控模块。对网卡进行编程可以完结局域网内任一站点间的通讯。了解网卡接口电路是对网卡编程的首要条件。网卡接口电路功用可以分为2部分：一是与核算机PCI总线相连，包含数据总线读写、地址总线驱动、中止操控信号的发生、存储器读写信号以及I/O端口信号的引进等;二是对网卡内部的操作，包含对缓冲SRAM的读写、对RTL8029AS芯片的操控、读站地址PROM及读自举ROM等。经过网卡作业原理的剖析，可以将接口信号线减至最少。
以太网相当于一个链路层衔接，因而可以把以太网的传输单元称为帧(Frame)。10 Mb以太网的Frame长度为64～1 518 b。其格局如表2所示。
其间前导码是网络适配器发送MAC帧的时分为了使接纳适配器辨别出MAC帧开始而参加的码，高层的用户不必考虑。32位CRC，即冗余校检码，是以太网运用的校检机制，现在CRC的生成与检测都可以由网络适配器完结，因而用户也不必考虑这一字段。帧类型，这一字段决议了以太网帧数据运用的是什么协议，如ARP是0x0806，IP是0x0800等。从另一个视点看，这一字段也可以看作以太网帧自己标明身份的字段。因而，在处理MAC帧时，需求依据这一字段的数据来决议将数据传送给哪个上层协议。在IEEE 802?3协议中，这一字段表明以太网数据的长度。由于两个协议在这一字段上的不同界说，所以网络适配卡对这一字段是不做解说的。程序员有必要在软件上编程处理这一字段。
3计划规划
(1)本计划规划的硬件结构如图2所示。
体系中用到的首要芯片除了80C51单片机和PCI9054外还有MAX232(串口的电平转化)，24C02(I2C总线的E?2PROM)，74HC373(8位锁存)，62256(32K的RAM)，EPM7096(CPLD)，93C46(E2PROM，用来初始化PCI9054)。其间62256(外部32K的RAM)可以不必，可以用网卡上的RAM来替代，可是网卡上的RAM的存取比较杂乱，速度会比加62256慢。运用外部RAM的意图是进步单片机的数据传输速度和处理杂乱的TCP/IP协议。由于以太网的数据包最大可以有1500多字节，80C51单片机是无法存储这么大的包的，只要放到外部的RAM里。一起外部的RAM也用作串行口的输入输出缓冲，以使单片机具有高速的吞吐数据的才能。24C02是I2C总线的E2PROM，用来存储用户的一些设置，比方IP地址、网关等。本计划运用CPLD的意图是，将80C51单片机的8位数据与16位地址转化成32位的数据和地址，由于PCI9054作业在初始化器形式时，他要求本地端的总线是32位的。在这里，用CPLD完结这样一个外部逻辑十分简略。MAX232为串口电平转化电路。数据可以从串口输入到单片机，单片机再把数据经过网卡传出去。
(2) 软件规划
对网卡编程便是对网络接口操控芯片RTL8029AS中各种寄存器进行编程操控，然后完结数据分组的正确发送和接纳。一切单片机程序选用C51言语编制，具有可读性强、移植性好、开发周期短的特色。代码的运用功率也比较高。
主程序可以分为PCI9054芯片初始化、网络通讯和串行通讯2部分：PCI9054芯片初始化进程便是对PCI9054芯片的PCI端装备寄存器和本地端装备寄存器进行正确的编程装备，以完结本地端单片机与PCI端网卡的无缝衔接，对这2个寄存器既可以经过对93C46烧写编程的方法，也可以经过本地CPU直接编程的方法来完结初始化。网络通讯进程又可分为网卡初始化、发送操控和承受操控3部分。主程序框图如图3所示。PCI9054芯片初始化进程便是对PCI9054芯片的相关寄存器进行初始化，这些寄存器包含DMRR、DMLBAM、PCICR、CNTRL等。
(1) PCICR[2∶0]=111B。答应PCI初始化器(本地端)拜访PCI总线。PCI9054可以呼应I/O拜访。
(2) DMPBAM[1∶0]=11。答应PCI初始化器拜访PCI9054存储器和I/O端口。
(3) DMRR = FFF00000H。设定PCI初始化器端
(4) 可拜访的存储器规模是1MB。
(5) DMLBAI = 40000000H。为PCI InitiatortoPCI I/O Configuration寄存器设定本地端基地址
(6) DMPBAM[1]=1。答应本地端I/O端口拜访PCI InitiatortoPCI I/O Configuration寄存器
DMCFGA[23∶0]=005010，DMCFGA[31]=1。
网卡初始化进程对网卡的初始化便是对网卡相关寄存器进行初始化。这些寄存器包含CR，DCR，RBCR PSTART，PSTOP，ISR，IMR，PAR0~PAR5，MAR0~MAR5D等。PSTART接纳缓冲区的开始页的地址。PSTOP接纳缓冲区的完毕页地址(该页不必于接纳)。BNRY指向最终一个现已读取的页(读指针)CURR当时的接纳完毕页地址(写指针)。
(1) CR=0x21：挑选页0寄存器，将RTL8029芯片处于离线状况;
(2) DCR=0x8：32位内存拜访;
(3) RBCR0=0,RBCR1=0:长途DMA操作时传递字节数清零;
(4) RCR=0xc0,承受到的帧存入缓冲区;
(5) TCR=oxe2：环路测验状况;
(6) PSTART=0x4C,PSTOP=0x80;结构缓冲区;
(7) ISR=0xff;中止寄存器清零;
(8) CR=0x61：挑选页1;
(9) 设置网卡地址PAR0～PAR5
(10) 设置多址寄存器MAR0～ MAR5;
(11) CURR=0x4d：初始化当时页寄存器;
(12) TCR=0xE0：发送器正常作业状况。
发送操控进程在网络中，帧传输的进程便是发送方将待发送数据按帧格局要求封装成帧，然后经过网卡发送到网络的传输线上的工程。发送程序框图如图4所示。
接纳操控进程帧的接纳进程分为2步[3]：
第1步有本地DMA将帧存入接纳缓冲区中;
第2步由长途DMA将接纳缓冲区中的帧读入内存。行将网络上的数据帧接纳并存在网卡的接纳缓冲区中，然后由主机程序将缓存区中的帧读走并存入内存中。帧的接纳作业由网卡主动完结，只需对相关的寄存器和PSTART，PSTOP，CURR和BNRY进行恰当的初始化即可。帧读入之前，有必要初始化相应的寄存器RSAR，RBCR，然后再发动长途DMA读操作和主机程序的读端口操作。为了取得数据长度，先读入18 B的数据，然后依据有用数据的长度将帧完好的读入。发动长途DMA读操作，应该令CR=0AH，长途DMA将从接纳缓冲区的DMA地址处读入1 B并送往I/O数据端口，由主机程序读入内存。
这一进程将一向继续到RBCR寄存器为0。
4结语
本文提出了一种用8位单片机80C51和PCI总线主控I/O加速器芯片9054来驱动PCI总线网卡，完结RS232串行设备与以太网的衔接以传送操控信令和数据文件，完结单片机上网的规划计划，规划了相关硬件，编制了相应的驱动程序。整个计划结构简略，完结便利，缩短了开发周期，降低了体系开发本钱。
