基于AT89818的10M/100M以太網(wǎng)交換機設(shè)計

引 言

　　近年來，網(wǎng)絡技術(shù)發(fā)展迅猛，而在市場上以太網(wǎng)則占統(tǒng)治地位。本設(shè)計采用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。交換機為快速以太網(wǎng)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(wǎng)端口。交換機將自動地檢測與之相接設(shè)備的速率，允許在同一個交換機上使用10Mbps和100Mbps設(shè)備而無須替代原有的網(wǎng)絡設(shè)施。

1 系統(tǒng)功能

　　系統(tǒng)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(tǒng)擁有最多可存放8K MAC地址條目的地址表，并且具有存儲轉(zhuǎn)發(fā)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(tài)O/I緩沖區(qū)，從而保證了快速無誤的包存儲和包轉(zhuǎn)發(fā)；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(lián)用。主要技術(shù)指標為

最大轉(zhuǎn)發(fā)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(tǒng)構(gòu)成

　　本交換機系統(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(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是整個硬件系統(tǒng)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(shè)置VLAN。

◇支持存儲轉(zhuǎn)發(fā)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(shù)；

◇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(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可通過串口和計算機通信，通過計算機對交換機進行控制和設(shè)置管理；同時，它和AT89818交替獲得對EEPROM的控制權(quán)。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(quán)利交給交換芯片，交換芯片再從EEPROM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ORG引腳的置高或置低來選擇EEPROM的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)進行讀寫。

(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

    3.1 系統(tǒng)時鐘的設(shè)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(jīng)屬于高速數(shù)字電路的設(shè)計，因此在設(shè)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(qū)動能力，產(chǎn)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(shè)計時也應該讓高速信號走線盡量短，以保證系統(tǒng)信號的完整性設(shè)計。

    3.2 MCU與EEPROM、AT89818之間控制的系統(tǒng)設(shè)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(shù)據(jù)；當E2TR為高時，AT89818的這4根信號線處于高阻狀態(tài)，對EEPROM的控制交給MCU，MCU此時可對EEPROM中的數(shù)據(jù)進行修改。系統(tǒng)重新啟動后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時鐘，用于驅(qū)動PHY芯片。為增加驅(qū)動能力可考慮先通過緩存器，MDIO為交換芯片管理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(wǎng)交換功能、高性能、低功耗的網(wǎng)絡設(shè)備。近些年來網(wǎng)絡發(fā)展迅速，很多社區(qū)在建設(shè)的時候都在考慮光纖到戶。本設(shè)備以經(jīng)濟、實用、高效等眾多優(yōu)點可完全滿足廣大用戶的需要。