AT89818的10M/100M以太網交換機設計

2019-11-05 01:33:47

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　　引言
　　近年來，網絡技術發展迅猛，而在市場上以太網則占統治地位。本設計采用Atan公司的交換芯片AT89818作為核心芯片，用AT89C52作為系統設置和配置的芯片。交換機為快速以太網的升級提供了很好的靈活性和易處理性，它提供了16個多路10M/100Mbps的RJ-45以太網端口。交換機將自動地檢測與之相接設備的速率，答應在同一個交換機上使用10Mbps和100Mbps設備而無須替代原有的網絡設施。
　　
　　1 系統功能
　　系統符合IEEE 802.3-802.3u標準，接口為16口10/100Mbps 多路交換（使用屏蔽RJ-45連接器）。系統擁有最多可存放8K MAC地址條目的地址表，并且具有存儲轉發交換的特性，使其能自動學習并存儲MAC地址表中的地址；具備一個共享存儲器的動態O/I緩沖區，從而保證了快速無誤的包存儲和包轉發；采用即插即用配置自動學習方式，支持半雙工和全雙工模式，另外有一個 MDI口做級聯用。主要技術指標為
　　　

　　最大轉發率:
　　
　　14 880pps/10BASE-T；148 800pps/100BASE-TX。
　　
　　最大過濾速率：
　　
　　14 880pps/10BASE-T；148 800pps/100BASE-TX。
　　
　　2 系統構成
　　本交換機系統采用AT89818作為核心交換芯片；MCU采用AT89C52，用做控制和系統設置，已經和計算機進行通信連接；EEPROM采用AT93C46，用于儲存交換機啟動時所需的初始化數據；SRAM采用64K×64位的W25P243A；PHY0和PHY1采用8端口的DSP 10/100 PHY；JACK0和JACK1為RJ-45連接器。系統結構如圖1所示。
　　
　　2.1 AT89818
　　
　　AT89818是整個硬件系統的中心，也是核心交換芯片。AT89818最多可有18個10M/100Mbps多路交換接口，其中的一個或者幾個可以捆綁，芯片有8192個MAC地址條目的地址表，另外還可以通過EEPROM設置VLAN。
　　
　　◇支持存儲轉發功能；
　　
　　◇每個VLAN包可有1522B大小的緩存；
　　
　　◇支持老化功能以及802.3x流控制；
　　
　　◇可無縫連接64K×64位或者128K×64位的SRAM；
　　
　　◇可進行廣播風暴控制；
　　
　　◇具有兩個基于MAC地址的捆綁組，每個組可有2~6個端口；
　　
　　◇支持通過EEPROM配置的基于端口的VLAN技術；
　　
　　◇可通過EEPROM配置每個端口的速度、半雙工或全雙工模式、捆綁模式、VLAN設置等等。
　　　

　　2.2 MCU（AT89C52）
　　
　　AT89C52作為系統設置和控制的芯片。MCU可通過串口和計算機通信，通過計算機對交換機進行控制和設置治理；同時，它和AT89818交替獲得對EEPROM的控制權。當交換芯片將對EEPROM的控制交給MCU后，MCU對EEPROM進行讀寫修改。修改完成后，MCU可將控制權利交給交換芯片，交換芯片再從EEPROM中重新讀取配置數據。
　　
　　2.3 其它器件
　　
　　(1)EEPROM
　　
　　采用三線CMOS器件 AT93C46，可以通過ORG引腳的置高或置低來選擇EEPROM的數據格式為 64 ×16或者128 ×8。通過CS、SK、DI、DO與MCU相連，MCU可以對EEPROM存儲的數據進行讀寫。
　　
　　(2)PHY
　　
　　采用M88E3080。它是一種8端口10M/100Mbps快速以太網物理層收發設備，具有更高的信噪比、較低的功耗，是Marvell SemicondUCtor Inc.的產品。
　　
　　(3)SRAM
　　
　　采用W25P243A。它是一種64K× 64大小的PipLINED的CMOS高速靜態RAM，是Winbond Electronics 公司產品。
　　　

　　3 系統要害電路的設計
　　3.1 系統時鐘的設計
　　
　　由于兩個PHY芯片的時鐘都為50MHz，而SRAM和AT89818的時鐘都有75MHz，已經屬于高速數字電路的設計，因此在設計時候要考慮信號的完整性。
　　
　　如圖2所示，通過緩存器74LVT244可增加時鐘的驅動能力，產生2個同相、延遲極小并且一致的時鐘輸出給2個PHY，可保證信號的完整性。
　　
　　另外在PCB設計時也應該讓高速信號走線盡量短，以保證系統信號的完整性設計。
　　
　　3.2 MCU與EEPROM、AT89818之間控制的系統設計
　　
　　MCU與AT93C46連接如圖3所示。MCU通過EDO、EDI、ESK、ECS可對AT93C46進行讀寫；同時，EDO、EDI、ESK、ECS也分別與AT89818的DO、DI、SK、CS相連接。AT89818與MCU通過E2TR交換對EEPROM的控制，當E2TR為低時，AT89818通過DO、DI、SD、CS從EEPROM中讀取配置數據；當E2TR為高時，AT89818的這4根信號線處于高阻狀態，對EEPROM的控制交給MCU，MCU此時可對EEPROM中的數據進行修改。系統重新啟動后30ms內，E2TR必須保持為低電平。
　　

　　3.3 AT89818與PHY以及SRAM連接
　　
　　AT89818與M88E3080以及SRAM的連接如圖4所示。MDC為交換芯片輸出的1MHz時鐘，用于驅動PHY芯片。為增加驅動能力可考慮先通過緩存器，MDIO為交換芯片治理PHY芯片所用的DATA線。
　　
　　4 應用前景
　　本交換機是一個具有快速以太網交換功能、高性能、低功耗的網絡設備。近些年來網絡發展迅速，很多社區在建設的時候都在考慮光纖到戶。本設備以經濟、實用、高效等眾多優點可完全滿足廣大用戶的需要。

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