基于AT89818的10M/100M以太網(wǎng)交換機(jī)設(shè)計(jì)

  摘要：基于AT89818交換芯片的以太網(wǎng)交換機(jī)，采用AT89818作為核心交換芯片，用AT89C52作為系統(tǒng)設(shè)置和控制的芯片，三線EEPROM存儲(chǔ)系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)；PHY采用2個(gè)8端口10M/100M快速以太網(wǎng)物理層收發(fā)設(shè)備M88E3080，提供16個(gè)多路10M/100Mbps的RJ-45以太網(wǎng)端口。

    關(guān)鍵詞：AT89818 AT89C52 以太網(wǎng)端口 交換機(jī)

引 言

　　近年來(lái)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅猛，而在市場(chǎng)上以太網(wǎng)則占統(tǒng)治地位。本設(shè)計(jì)采用Atan公司的交換芯片AT89818作為核心芯片，用AT89C52作為系統(tǒng)設(shè)置和配置的芯片。交換機(jī)為快速以太網(wǎng)的升級(jí)提供了很好的靈活性和易處理性，它提供了16個(gè)多路10M/100Mbps的RJ-45以太網(wǎng)端口。交換機(jī)將自動(dòng)地檢測(cè)與之相接設(shè)備的速率，允許在同一個(gè)交換機(jī)上使用10Mbps和100Mbps設(shè)備而無(wú)須替代原有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。

1 系統(tǒng)功能

　　系統(tǒng)符合IEEE 802.3-802.3u標(biāo)準(zhǔn)，接口為16口10/100Mbps 多路交換（使用屏蔽RJ-45連接器）。系統(tǒng)擁有最多可存放8K MAC地址條目的地址表，并且具有存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換的特性，使其能自動(dòng)學(xué)習(xí)并存儲(chǔ)MAC地址表中的地址；具備一個(gè)共享存儲(chǔ)器的動(dòng)態(tài)O/I緩沖區(qū)，從而保證了快速無(wú)誤的包存儲(chǔ)和包轉(zhuǎn)發(fā)；采用即插即用配置自動(dòng)學(xué)習(xí)方式，支持半雙工和全雙工模式，另外有一個(gè) MDI口做級(jí)聯(lián)用。主要技術(shù)指標(biāo)為

最大轉(zhuǎn)發(fā)率:

14 880pps/10BASE-T；148 800pps/100BASE-TX。

最大過(guò)濾速率：

14 880pps/10BASE-T；148 800pps/100BASE-TX。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

　　本交換機(jī)系統(tǒng)采用AT89818作為核心交換芯片；MCU采用AT89C52，用做控制和系統(tǒng)設(shè)置，已經(jīng)和計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信連接；EEPROM采用AT93C46，用于儲(chǔ)存交換機(jī)啟動(dòng)時(shí)所需的初始化數(shù)據(jù)；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(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

    2.1 AT89818

　　AT89818是整個(gè)硬件系統(tǒng)的中心，也是核心交換芯片。AT89818最多可有18個(gè)10M/100Mbps多路交換接口，其中的一個(gè)或者幾個(gè)可以捆綁，芯片有8192個(gè)MAC地址條目的地址表，另外還可以通過(guò)EEPROM設(shè)置VLAN。

◇支持存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)功能；

◇每個(gè)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(wú)縫連接64K×64位或者128K×64位的SRAM；

◇可進(jìn)行廣播風(fēng)暴控制；

◇具有兩個(gè)基于MAC地址的捆綁組，每個(gè)組可有2~6個(gè)端口；

◇支持通過(guò)EEPROM配置的基于端口的VLAN技術(shù)；

◇可通過(guò)EEPROM配置每個(gè)端口的速度、半雙工或全雙工模式、捆綁模式、VLAN設(shè)置等等。

圖2

    2.2 MCU（AT89C52）

　　AT89C52作為系統(tǒng)設(shè)置和控制的芯片。MCU可通過(guò)串口和計(jì)算機(jī)通信，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)交換機(jī)進(jìn)行控制和設(shè)置管理；同時(shí)，它和AT89818交替獲得對(duì)EEPROM的控制權(quán)。當(dāng)交換芯片將對(duì)EEPROM的控制交給MCU后，MCU對(duì)EEPROM進(jìn)行讀寫(xiě)修改。修改完成后，MCU可將控制權(quán)利交給交換芯片，交換芯片再?gòu)腅EPROM中重新讀取配置數(shù)據(jù)。

2.3 其它器件

(1)EEPROM

采用三線CMOS器件 AT93C46，可以通過(guò)ORG引腳的置高或置低來(lái)選擇EEPROM的數(shù)據(jù)格式為 64 ×16或者128 ×8。通過(guò)CS、SK、DI、DO與MCU相連，MCU可以對(duì)EEPROM存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫(xiě)。

(2)PHY

采用M88E3080。它是一種8端口10M/100Mbps快速以太網(wǎng)物理層收發(fā)設(shè)備，具有更高的信噪比、較低的功耗，是Marvell Semiconductor Inc.的產(chǎn)品。

(3)SRAM

采用W25P243A。它是一種64K× 64大小的PIPLINED的CMOS高速靜態(tài)RAM，是Winbond Electronics 公司產(chǎn)品。

圖3

3 系統(tǒng)關(guān)鍵電路的設(shè)計(jì)

    3.1 系統(tǒng)時(shí)鐘的設(shè)計(jì)

由于兩個(gè)PHY芯片的時(shí)鐘都為50MHz，而SRAM和AT89818的時(shí)鐘都有75MHz，已經(jīng)屬于高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)，因此在設(shè)計(jì)時(shí)候要考慮信號(hào)的完整性。

如圖2所示，通過(guò)緩存器74LVT244可增加時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)能力，產(chǎn)生2個(gè)同相、延遲極小并且一致的時(shí)鐘輸出給2個(gè)PHY，可保證信號(hào)的完整性。

　　另外在PCB設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)該讓高速信號(hào)走線盡量短，以保證系統(tǒng)信號(hào)的完整性設(shè)計(jì)。

    3.2 MCU與EEPROM、AT89818之間控制的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　MCU與AT93C46連接如圖3所示。MCU通過(guò)EDO、EDI、ESK、ECS可對(duì)AT93C46進(jìn)行讀寫(xiě)；同時(shí)，EDO、EDI、ESK、ECS也分別與AT89818的DO、DI、SK、CS相連接。AT89818與MCU通過(guò)E2TR交換對(duì)EEPROM的控制，當(dāng)E2TR為低時(shí)，AT89818通過(guò)DO、DI、SD、CS從EEPROM中讀取配置數(shù)據(jù)；當(dāng)E2TR為高時(shí)，AT89818的這4根信號(hào)線處于高阻狀態(tài)，對(duì)EEPROM的控制交給MCU，MCU此時(shí)可對(duì)EEPROM中的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改。系統(tǒng)重新啟動(dòng)后30ms內(nèi)，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(shí)鐘，用于驅(qū)動(dòng)PHY芯片。為增加驅(qū)動(dòng)能力可考慮先通過(guò)緩存器，MDIO為交換芯片管理PHY芯片所用的DATA線。

4 應(yīng)用前景

　　本交換機(jī)是一個(gè)具有快速以太網(wǎng)交換功能、高性能、低功耗的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。近些年來(lái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅速，很多社區(qū)在建設(shè)的時(shí)候都在考慮光纖到戶。本設(shè)備以經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、高效等眾多優(yōu)點(diǎn)可完全滿足廣大用戶的需要。