目前，集成电路的嵌入式技术发展越来越快，各色嵌入式产品也越来越受欢迎，尤其是以大屏幕多功能的手机、平板电脑等为典型代表，作为其控制核心的高性能、低功耗微控制器（MCU）起到了决定性作用。因此以 CPU 为核心的 MCU 设计也成为诸多高等院校、各大公司进行市场竞争的一个主流发展方向。Samsung、Freescale、Atmel、NXP、TI、ST 等公司已经大规模推出各类 MCU，而且各具特色，因此设计具有自主知识产权的 MCU 应在系统架构等方面有别于这些公司：一是避免侵权，二是更有利于市场竞争。同时应做好产品的规划——从简单到复杂，从单一产品到系列产品，设计平台不断维护与更新，设计人员的水平不断提高。
一、时钟和复位方案设计
时钟和复位对整个电路而言起到了至关重要的作用：如果这两路信号有问题，则电路不能正常工作。因此需要作出详尽的时钟方案和复位方案，需要给不同的外设提供不同的时钟：USB 单独时钟、CPU 等高速外设一个时钟、UART 等低速外设一个时钟，如图 1 所示。
图 1 时钟方案示意
二、在线调试方案设计
目前比较常用的在线调试方式为串行调试，如 JTAG、EJTAG、UART 等，使用 PC 机的并口、串口、网口或是 USB 接口，使得在线调试简单方便、成本低廉，如图 2 所示。由于被调试的程序要在目标板上运行，而且 MCU 必须正常工作，因此需要设计一个专用的调试模块，以保证上位机软件可以调用 CPU 来进行软硬件的在线调试，并且符合 IEEE 1149.1 的协议标准，此模块的基本结构如图 3 所示。
图 2 典型在线调试系统示意
图 3 调试结构示意
三、远程电源监控系统设计
C8051F020 是一种混合信号 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 兼容的微控制器内核，与 MCS-51 指令集完全兼容。内核采用流水线结构，机器周期由标准的 12 个系统时钟周期降为 1 个系统时钟周期，70% 指令的执行时间为 1 个或 2 个系统时钟周期，处理能力大大提高，峰值性能可达 25 MIPS。同时，除具有标准 8051 的数字外设部件外，C8051F020 片内还集成了构成一个单片机数据采集、控制系统所需要的几乎所有模拟、数字外设及其他功能部件，包括用于多种模拟信号的模拟多路选择器、真正 12 位转换精度的 ADC，以及能满足特殊功能所需的 SMBus（I²C 兼容）、UART、SPI、多个多功能计数器/定时器、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 2.7～3.3 V，全部 I/O、RST、JTAG 引脚均耐 5 V 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配置为推挽输出或漏极开路输出。对于 RTL8019AS，由于其工作电压是 5 V，而 C8051F020 的工作电压是 3.3 V，为了 C8051F020 的输出能更好地驱动 5 V 输入的 RTL8019AS，需要对系统进行额外配置：除了将对应端口的输出方式设置为“漏极开路”外，还应在电路上将每个端口通过一个上拉电阻接到 5 V 电源，这样可以保证 C8051F020 的逻辑“1”输出能够被提升到 5 V。单片机采用 C8051F020 芯片，以查询工作方式不断读取 RTL8019AS 状态寄存器，以远程 DMA 方式发送或读取 RTL8019AS 的数据，如图 4 所示。
图 4 远程电源监控系统电路
由于网络控制器具有 Ethernet（IEEE 802.3）协议处理功能，系统便可直接通过 RJ45 连接到以太网（再通过以太网接入 Internet）。本文所设计的系统中选用的 RJ45 连接器为 LF1S022，它已经具有电平转换功能，简化了 PCB 设计；值得注意的是，设计 PCB 时，RJ45 连接器不能与 CPU 和网络芯片相距太远，以免对数据传输造成影响。RTL8019AS 的 TPIN+（59 脚）、TPIN−（58 脚）是 TP 的一对输入脚，能以 10 Mbit/s 的速率从双绞线接收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，为了防止双绞线超载，该输出信号会被提前中断，这样可以减少拥塞。连接时，这四个管脚分别接到 LF1S022 的 7、6、5、4 脚，连接器的其他管脚都通过一个电容与地连接；最后，还必须在 50、51 脚之间接入一个 20 MHz 的晶体振荡器。
图 5 以太网接口电路
综上，本文介绍了嵌入式设备与以太网接口的组成，说明了 RTL8019AS 芯片的应用，并给出了嵌入式 MCU 与以太网控制芯片的硬件设计，主要包括时钟和复位方案、在线调试方案与远程电源监控系统的设计过程。