KS8993高性能以太網(wǎng)快速交換電路的功能特性及應(yīng)用分析

作者：廖小芳，李朋，羅小巧

1 引言

KENDIN公司推出的KS8993是業(yè)界第一款包含3端口10/100物理層收發(fā)器、3個(gè)帶有1個(gè)Layer2交換器的MAC單元以及緩存的高性能以太網(wǎng)快速交換電路，集成了10BaseT/100BaseTX/100BaseFXPHY和16K×32的SRAM緩沖區(qū)，其帶寬可達(dá)到1Gbps。具有低功耗、功能齊全和易于調(diào)試等特點(diǎn)。

KS8993主要具有以下特性：

符合IEEE 802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)和IEEE 802.3μ快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)；

支持基于端口的VLAN，基于硬件的10/100速率轉(zhuǎn)換及自動(dòng)協(xié)商機(jī)制；

支持10M/100M和全雙工/半雙工自適應(yīng)功能；

支持全雙工的IEEE802.3x流量控制及半雙工的流量控制；

片內(nèi)集成地址對(duì)照引擎、自動(dòng)地址分析、老化和移位；

MAC地址自學(xué)習(xí)、自更新功能；

可支持優(yōu)先級(jí)排隊(duì)、未屏蔽雙絞線和光纖；

采用128引腳的PQFP型封裝。

2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖1是KS8993的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。下面介紹KS8993中各主要模塊的原理。

（1）地址對(duì)照引擎

KS8993內(nèi)置存儲(chǔ)MAC地址及其相關(guān)信息的地址對(duì)照表。該表能夠提供1K字48位的中央地址存儲(chǔ)器地址和交換信息。

（2）SRAM緩沖器

KS8993內(nèi)置一個(gè)用于存儲(chǔ)幀的16K字32位的SRAM緩沖器。這一資源是由該電路的3個(gè)端口共享。每個(gè)端口分配多大空間的緩沖器可以通過系統(tǒng)設(shè)置來決定。

（3）流量控制

在KS8993中，幀的接收與發(fā)送支持802.3x標(biāo)準(zhǔn)。KS8993剛剛接收一個(gè)數(shù)據(jù)包，假如該數(shù)據(jù)包的目標(biāo)端口資源被占用，KS8993將對(duì)接收數(shù)據(jù)包的端口進(jìn)行流量控制。這時(shí)，KS8993會(huì)發(fā)出一個(gè)含有最大停頓時(shí)間的流量控制幀。一旦目標(biāo)端口資源被釋放，KS8993就發(fā)出其他不含停頓時(shí)間的幀。

3 KS8993的輸入接口和輸出接口

如圖2所示，KS8993的輸入接口和輸出接口主要分為：物理接口、MII接口、串行網(wǎng)絡(luò)接口、LED指示接口、非管理編程接口、控制和其他接口、工廠測(cè)試接口、電源和地接口。

3.1 物理接口

KS8993分別提供3路收發(fā)信號(hào)接口，分為變壓器和光纖兩種模式與媒體介質(zhì)相連。光纖模式下，三路光信號(hào)檢測(cè)接口接光纖信號(hào)檢測(cè)輸出口可完成光信號(hào)檢測(cè)。還需為傳輸數(shù)據(jù)設(shè)置抽頭變壓器參考值，并設(shè)置發(fā)送電流值。

3.2 介質(zhì)無關(guān)接口（MII）

介質(zhì)無關(guān)接口（MII）的作用是使物理層可以支持不同的介質(zhì)類型。MII引腳信號(hào)包括接收、發(fā)送數(shù)據(jù)、發(fā)送使能、沖突監(jiān)測(cè)、收發(fā)時(shí)鐘和故障指示等。還提供了載波活動(dòng)、沖突檢測(cè)和管理接口信號(hào)。數(shù)據(jù)穿越MII的速率是每個(gè)時(shí)鐘周期為一個(gè)半位元組（4位），即25Mbps。

MII工作在forward和backward兩種模式下。在forward模式下，KS8993的MAC3利用外接的PHY進(jìn)行通信；在backward模式下，外部的MAC利用KS8993的PHY3進(jìn)行通信。

3.3 串行網(wǎng)絡(luò)接口

串行網(wǎng)絡(luò)接口與用于網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議處理的控制器兼容，可以直接與這些類型的設(shè)備連接。傳輸信號(hào)分為兩類：一類負(fù)責(zé)發(fā)送，包括發(fā)送使能、沖突檢測(cè)、串行發(fā)送數(shù)據(jù)和發(fā)送時(shí)鐘等。另一類負(fù)責(zé)接收，包括載波監(jiān)聽、串行接收和接收時(shí)鐘。

3.4 LED指示接口

狀態(tài)指示信號(hào)可以設(shè)置為速度指示、沖突指示、全雙工/半雙工指示等。可以根據(jù)需要外接一定數(shù)目的LED燈指示電路的工作狀況。

3.5 非管理編程接口

按功能表設(shè)置MODESEL［3：0］引腳電平可規(guī)定LED的工作模式。設(shè)置MTXD［3：1］引腳可實(shí)現(xiàn)全雙工和半雙工模式。設(shè)置MIIS［1：0］引腳使KS8993的MII接口工作在forward或reverse模式。設(shè)置MRXD［0］引腳為高電平，KS8993可禁止MAC3的自動(dòng)協(xié)商功能。設(shè)置MRXD引腳為低電平，使KS8993的MAC3工作在半雙工模式。諸如此類，靈活設(shè)置這些非管理編程接口電平還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)協(xié)商機(jī)制、MAC地址自學(xué)習(xí)、符合802.1p的優(yōu)先級(jí)排隊(duì)、自更新等功能。

3.6 控制和其他接口

接外部晶振或輸入時(shí)鐘信號(hào)和系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)。

3.7 電源和地接口

KS8993采用單2.5V工作電壓，包括收發(fā)驅(qū)動(dòng)器在內(nèi)的總功耗為300mA（750mW），具有低損耗特性。

4 典型應(yīng)用

KS8993包含3端口10/100自適應(yīng)物理層收發(fā)器和3個(gè)帶有一個(gè)Layer 2交換器的MAC單元。

在實(shí)際應(yīng)用中，KS8993既可以配置為一個(gè)獨(dú)立的3端口器件，如圖3（a）所示，也可以為了滿足需要（如將DSL與一部IP電話和PC相連時(shí)），配置成為兩端口加一個(gè)MII端口的形式，如圖3（b）所示。MII端口可以連接外部處理器，用于路由目的和公共網(wǎng)絡(luò)訪問。

圖4是KS8993在IP電話中的應(yīng)用。端口1連接個(gè)人計(jì)算機(jī)，端口2連接電話，端口3則設(shè)置成MII端口，用于路由目的。

KS8993的每一個(gè)端口都設(shè)有一個(gè)3位的VLAN掩碼寄存器（PV1、PV2和PV3）。通過設(shè)置寄存器中的掩碼，可以設(shè)定KS8993中3個(gè)端口的功能，其中，一個(gè)典型的應(yīng)用是將2個(gè)端口設(shè)置成轉(zhuǎn)換器，另一個(gè)端口設(shè)置為路由器。要實(shí)現(xiàn)這一功能，3個(gè)VLAN掩碼寄存器的設(shè)置為PV1（1，0，1）、PV2（0，1，1）和PV3（1，1，1）。在這個(gè)設(shè)置中，KS8993可以用于連接2個(gè)VLAN，VLAN1包括端口1和端口3，VLAN2包括端口2和端口3。當(dāng)VMDIS（Vlan Mismatch DIScard）＝1時(shí)，端口1和端口2之間不能直接通信，此時(shí)端口3就要在端口1所屬的VLAN1和端口2所屬的VLAN2之間進(jìn)行路由選擇。當(dāng)VMDIS＝0時(shí)，如果端口收發(fā)的是廣播數(shù)據(jù)包，則所有端口之間都可以直接通信；如果端口收發(fā)的是多播數(shù)據(jù)包，那么這些數(shù)據(jù)包的傳輸將被限制在同一個(gè)VLAN中。VMDIS＝0這種特性常被用于廣播/多播協(xié)議轉(zhuǎn)換。

5 結(jié)束語

使用KS8993時(shí)應(yīng)當(dāng)注意：在reverse操作下，MII接口不給KS8993提供接收?qǐng)?bào)錯(cuò)信號(hào)，而在forward模式下，不提供發(fā)送報(bào)錯(cuò)信號(hào)；必要時(shí)，當(dāng)KS8993不能達(dá)到發(fā)送端電壓值（約2.2V或高于2.2V）時(shí)，可將電源電壓提高到2.65V；在接線時(shí)，模擬地和數(shù)字地應(yīng)分開，只在電源處單點(diǎn)相連，防止產(chǎn)生干擾。

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