基于亞信AX88179A芯片的USB 3.2轉(zhuǎn)千兆以太網(wǎng)設(shè)計(jì)

透過已被廣泛使用于各種消費(fèi)電子產(chǎn)品的USB接口，亞信電子AX88179A USB 3.2 Gen1轉(zhuǎn)千兆以太網(wǎng)芯片解決方案，可以為輕薄短小的筆記本電腦、智能手機(jī)、平板電腦、游戲機(jī)等智能連網(wǎng)設(shè)備，提供一個(gè)高速穩(wěn)定、簡單設(shè)計(jì)、容易使用、高性價(jià)比的有線連網(wǎng)最佳解決方案。

為輕薄省電的智能連網(wǎng)設(shè)備提供高速穩(wěn)定的有線網(wǎng)絡(luò)－ USB以太網(wǎng)芯片

USB通信接口由于硬件設(shè)計(jì)很簡單與具有高傳輸速度的特性，迅速發(fā)展成為大部分行動(dòng)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)通信接口。 USB 2.0通信接口（只需要4引腳），最大傳輸速度可達(dá)480 Mbps；USB 3.2 Gen1通信接口（只需要9引腳），支持可雙向插拔的USB Type-C通信接口，最大傳輸速度可達(dá)5 Gbps；最新推出的USB 4.0標(biāo)準(zhǔn)（只需要24引腳），最大傳輸速度更可達(dá)40 Gbps，以符合未來超高速通信接口的市場需求。另外，USB通用串行總線技術(shù)可支持熱插拔（Hot-Swap）、即插即用（Plug &Play）與大電流快速充電的便捷功能，因此現(xiàn)在已經(jīng)廣泛使用于各種計(jì)算機(jī)周邊設(shè)備、筆記本電腦、智能手機(jī)、平板電腦、手持式行動(dòng)裝置、游戲機(jī)等智能連網(wǎng)設(shè)備，成為現(xiàn)代智能世代科技中最重要的通信接口之一。

現(xiàn)代的智能連網(wǎng)設(shè)備皆講求可攜性及輕薄短小之特性，因此大部分都以Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)或4G/5G網(wǎng)絡(luò)為主要的通信接口，并且不再支持內(nèi)置的有線以太網(wǎng)通信接口。然而，部分無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境有時(shí)會(huì)受周遭環(huán)境的影響，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)連接不穩(wěn)與資料傳輸速度緩慢的問題，利用便利的USB通信接口，連接USB以太網(wǎng)卡或智能底座擴(kuò)展塢，成為智能連網(wǎng)設(shè)備獲得高速穩(wěn)定有線連網(wǎng)功能的最佳解決方案。

（圖一）USB以太網(wǎng) vs 無線網(wǎng)絡(luò)連網(wǎng)速度比較 on 任天堂Switch

超高速USB以太網(wǎng)芯片

亞信電子為一專業(yè)的工業(yè)/嵌入式/USB以太網(wǎng)與I/O橋接芯片設(shè)計(jì)制造廠商。 20多年來長期耕耘USB以太網(wǎng)芯片市場，累積廣大的客戶群，并獲得許多國際大廠的認(rèn)證使用，奠定全球USB以太網(wǎng)芯片市場的領(lǐng)導(dǎo)廠商地位。

亞信電子AX88179A是一款USB 3.2 Gen1轉(zhuǎn)千兆以太網(wǎng)控制單芯片，將USB 3.2 Gen1實(shí)體層（PHY）、10/100/1000Mbps千兆以太網(wǎng)實(shí)體層（PHY）及媒體存取控制器（MAC）整合于單一芯片中。AX88179A在Windows 11/10/8.x、Linux/Android/ChromeOS、Nintendo Switch等作業(yè)系統(tǒng)皆已支持內(nèi)置的驅(qū)動(dòng)程序，在macOS/Linux作業(yè)系統(tǒng)并可支持內(nèi)置的CDC-NCM驅(qū)動(dòng)程序，提供客戶便利的免驅(qū)動(dòng)（Driverless）與即插即用（Plug and Play）軟件支持功能。AX88179A可適用于各種桌上型計(jì)算機(jī)、筆記本電腦、USB以太網(wǎng)卡、智能底座擴(kuò)展塢、智能手機(jī)/平板電腦擴(kuò)展底座、游戲機(jī)、POS收銀機(jī)、智能攝影機(jī)/機(jī)上盒、5G/LTE路由器/網(wǎng)關(guān)，與各種支持USB接口的嵌入式系統(tǒng)等智能家居與辦公室網(wǎng)絡(luò)相關(guān)產(chǎn)品應(yīng)用。

（圖二）AX88179A USB 3.2 Gen1 轉(zhuǎn)千兆以太網(wǎng)產(chǎn)品應(yīng)用

簡單地硬件設(shè)計(jì)

亞信電子提供完整的AX88179A電路原理圖與PCB布局設(shè)計(jì)文件給客戶參考，讓設(shè)計(jì)人員可以簡單地將AX88179A設(shè)計(jì)到需要透過USB 3.2 Gen1接口支持千兆以太網(wǎng)功能的產(chǎn)品應(yīng)用中，并可大大地縮短客戶產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)的時(shí)程。

（圖三） AX88179A產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)方塊圖

（圖四）AX88179A電路原理圖

（圖五）AX88179A PCB布局設(shè)計(jì)文件

便利的免驅(qū)動(dòng)（Driverless）與即插即用（Plug and Play）軟件支持

亞信電子USB以太網(wǎng)芯片解決方案皆提供完整的軟韌件技術(shù)支持，包括Apple macOS、Windows 11/10/8.x、Linux/Android/Chrome OS、UEFI X64/ARM等驅(qū)動(dòng)程序，以及工廠生產(chǎn)燒錄與測試相關(guān)的工具?？蛻敉瓿僧a(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)后，可以直接使用亞信電子提供的驅(qū)動(dòng)程序與生產(chǎn)燒錄測試工具，進(jìn)行產(chǎn)品功能測試驗(yàn)證，不需要額外的軟件人力進(jìn)行相關(guān)軟韌件開發(fā)與維護(hù)。

最新的AX88179A USB 3.2 Gen1轉(zhuǎn)千兆以太網(wǎng)控制芯片，可向下相容AX88179軟件驅(qū)動(dòng)程序，因此在Windows 11/10/8.x、Linux/Android/Chrome OS、Nintendo Switch等作業(yè)系統(tǒng)皆可自動(dòng)安裝系統(tǒng)內(nèi)置的驅(qū)動(dòng)程序，不需另外安裝驅(qū)動(dòng)程序，即可正常使用網(wǎng)絡(luò)連線功能。另外，AX88179A支持USB-IF定義的CDC-ECM與CDC-NCM標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備協(xié)議，在macOS/Linux作業(yè)系統(tǒng)可自動(dòng)安裝內(nèi)置的CDC-NCM驅(qū)動(dòng)程序，提供客戶便利的免驅(qū)動(dòng)（Driverless）與即插即用（Plug and Play）軟件支持功能。

（圖六） 亞信USB以太網(wǎng)芯片－免驅(qū)動(dòng)與即插即用軟件支持

有些游戲機(jī)平臺(tái)（如任天堂Switch）只支持Wi-Fi無線連網(wǎng)功能，為了提供使用者更穩(wěn)定及高傳輸速度的上網(wǎng)體驗(yàn)，任天堂Switch作業(yè)系統(tǒng)已經(jīng)內(nèi)置亞信USB以太網(wǎng)芯片的驅(qū)動(dòng)程序。在Switch游戲機(jī)插入亞信AX88179A USB以太網(wǎng)卡后，會(huì)自動(dòng)安裝系統(tǒng)內(nèi)置的驅(qū)動(dòng)程序，即可開始輕松地使用任天堂提供的線上服務(wù)功能。

提高工廠量產(chǎn)效率的生產(chǎn)燒錄測試工具

所有網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品皆需要設(shè)置一個(gè)唯一的MAC地址。因此，在工廠生產(chǎn)AX88179A產(chǎn)品時(shí)，都必須在AX88179A 內(nèi)置的eFuse或外部的Flash閃存，燒錄一個(gè)唯一的MAC地址，并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)基本功能測試。為了加速客戶工廠生產(chǎn)效率，亞信電子提供Windows生產(chǎn)燒錄與測試工具，方便客戶直接在產(chǎn)線上進(jìn)行AX88179AeFuse/Flash閃存的燒錄，并可做基本網(wǎng)絡(luò)功能的測試，以縮短AX88179A生產(chǎn)燒錄測試所需的時(shí)間。

（圖八）AX88179A Windows生產(chǎn)燒錄與測試環(huán)境

（圖九）AX88179A Windows生產(chǎn)燒錄工具

（圖十）AX88179A Windows生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)測試工具

超高速USB以太網(wǎng)效能測試數(shù)據(jù)

使用者可以使用免費(fèi)的iPerf3 網(wǎng)絡(luò)效能測試工具（https://iperf.fr/），在Apple macOS、Windows 11/10/8.x、Linux/Android/Chrome等不同的作業(yè)平臺(tái)上，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)效能的測試。 AX88179A除了在各種作業(yè)平臺(tái)下，提供便利的免驅(qū)動(dòng)（Driverless）與即插即用（Plug and Play）軟件支持功能；也提供優(yōu)秀的高傳輸網(wǎng)絡(luò)速度與低CPU使用率的網(wǎng)絡(luò)效能。根據(jù)iPerf3測試數(shù)據(jù)結(jié)果，AX88179A 在USB 3.2與1000M全雙工（Full-duplex）運(yùn)作模式下，Tx與Rx網(wǎng)絡(luò)效能可達(dá)940Mbps，CPU使用率為4%。以下是iPerf3在Server與Client端網(wǎng)絡(luò)效能測試指令的范例。

iPerf3 Server PC (IP: 192.168.0.100): iperf3-s

iPerf3 Client PC (IP: 192.168.0.200): iperf3-c 192.168.0.100 -i 5 -t 100

（圖十一） iPerf3網(wǎng)絡(luò)效能測試工具

（圖十二）AX88179A iPerf3網(wǎng)絡(luò)效能測試數(shù)據(jù)

先進(jìn)的電源管理與精準(zhǔn)時(shí)間同步進(jìn)階功能

因應(yīng)全球低功耗節(jié)能省電產(chǎn)品的大趨勢，AX88179A支持先進(jìn)的電源管理功能，如NDIS通信協(xié)定卸載（ARP & NS）、ECMA-393ProxZzzy主機(jī)休眠標(biāo)準(zhǔn)、微軟現(xiàn)代待機(jī)（Modern Standby）等進(jìn)階省電功能，可以大幅降低系統(tǒng)進(jìn)入休眠模式后的耗電量。在AX88179A USB3.2與1G全雙工高效能運(yùn)作模式下，耗電量約0.65瓦；進(jìn)入低功耗WOL休眠模式后，耗電量大幅降低至約0.09瓦；關(guān)閉WOL進(jìn)入休眠模式后，耗電量可以接近0瓦。傳統(tǒng)的以太網(wǎng)芯片，在系統(tǒng)正常運(yùn)作狀態(tài)下，網(wǎng)絡(luò)線拔除后以太網(wǎng)芯片仍然處于正常運(yùn)作的狀態(tài)，造成一些不必要的耗電量。 AX88179A支持獨(dú)特的AutoDetach省電模式，當(dāng)偵測到網(wǎng)絡(luò)線被拔除時(shí)，AX88179A會(huì)主動(dòng)脫離USB主機(jī)進(jìn)入省電模式，耗電量大幅降低至約0.06瓦；當(dāng)偵測到網(wǎng)絡(luò)線被插入后，AX88179A會(huì)自動(dòng)恢復(fù)成正常運(yùn)作模式。這個(gè)AX88179A獨(dú)特的省電功能，可以大幅降低在系統(tǒng)正常運(yùn)作下不需要使用連網(wǎng)功能時(shí)的耗電量。

智能家居、智能辦公室、智能工廠、智能城市、智能交通、…，身處于一個(gè)萬事萬物皆需連網(wǎng)的智能世代，如何能夠讓所有連網(wǎng)設(shè)備都能做到精準(zhǔn)的時(shí)間同步？現(xiàn)有的IEEE 1588精確時(shí)間協(xié)議（Precision Time Protocol, PTP）標(biāo)準(zhǔn)就是一個(gè)很好的解決方案。為了因應(yīng)智能世代精準(zhǔn)時(shí)間同步的產(chǎn)品需求，AX88179A支持IEEE 1588v2與802.1AS精確時(shí)間協(xié)議（PTP）功能，提供客戶一個(gè)方便使用又可以支持精準(zhǔn)時(shí)間同步功能的USB轉(zhuǎn)千兆以太網(wǎng)解決方案。根據(jù)AX88179A在Linux平臺(tái)的實(shí)測數(shù)據(jù)，兩臺(tái)AX88179A設(shè)備間精準(zhǔn)時(shí)間同步的速度可以達(dá)到35ns。

結(jié)論

在萬物皆講求輕薄短小的智能世代中，亞信電子AX88179A USB3.2 Gen1轉(zhuǎn)千兆以太網(wǎng)控制芯片，提供客戶一個(gè)高速穩(wěn)定、簡單設(shè)計(jì)、容易使用、高性價(jià)比的USB轉(zhuǎn)千兆以太網(wǎng)解決方案。在Apple macOS、Windows11/10/8.x、Linux/Android/Chrome OS、Nintendo Switch等作業(yè)系統(tǒng)皆已支持內(nèi)置的驅(qū)動(dòng)程序，可以輕松地做到免驅(qū)動(dòng)（Driverless）與即插即用（Plug and Play）的便利功能。利用AX88179A的先進(jìn)電源管理與精確時(shí)間協(xié)議進(jìn)階功能，可以進(jìn)一步滿足客戶產(chǎn)品低功耗與精準(zhǔn)時(shí)間同步的市場需求。透過已被廣泛使用并可支援熱插拔（Hot-Swap）、即插即用（Plug &Play）與大電流快速充電等便利功能的USB通信接口，超高速USB以太網(wǎng)解決方案必然可以快速成長，成為提供高速穩(wěn)定有線連網(wǎng)功能的最佳解決方案。