单片机控制的网络交换机设计与实现
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2020-10-26
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单片机控制的网络交换机设计与实现单片机控制的网络交换机设计与实现
介绍基于单片机控制的智能以太网交换机的研制过程，包括硬件电路、单片机软件和PC的管理程序。用户通过
PC的管理程序或PC的超级终端，可实现对网络交换机的配置和管理。
随着计算机性能的提高及通信量的聚增，传统局域网已经越来越超出了自身负荷，交换式以太网技术应运而生，大大提
高了局域网的性能。
1 网络交换机的硬件设计
随着人们对网络应用中的安全性和高带宽的需求，
1.1 电路性能要求
交换机的高速PCB电路板，在EMC和ESD上都有比较高的要求。它采用了75MHz、50MHz的高速时钟，需要晶振的精
度小于50PPM，同时时钟需要通过时钟分配电路送给不同的芯片，它需要分配的时钟之间的相位差小于2ns。
1.2 交换机的原理框图
本交换机的交换技术采用存储-转发方式，主要由接口单元、交换单元、管理单元、灯显示单元和电源接口单元五部分
组成。其组成的方框图如图1所示。
图1 电路框图
RJ45接口收到以太网帧结构的数据包后，经过变压器隔离和阻抗匹配后送到PHY(物理接口芯片)，在此芯片中完成
模拟信号到RMII接口的数字信号的变换，并获得链路状态、冲突、信息是否超长，速率等信息。
数据进入交换芯片(由三个芯片组成，通过ROX总线形成一个环路，可以完成数据在三个芯片之间的交换)，交换芯
片将获得数据的目的地址和源地址，并对以太网帧进行差错校验。交换芯片将源地址保存在自己的MAC地址表中，然后将目
的地址与MAC地址表中的地址相匹配，以获取数据将转发的相应端口。如果目的端口在同一个交换芯片中，则从SGRAM中取
出数据转发到相应的端口；如果目的端口不在同一个交换芯片中，数据则通过ROX总线传输到相应的交换芯片，然后转发出
去；如果在MAC地址表中没有找到相应的目的地址，就将帧转发到除源端口之外的其它属于同一VLAN的所有端口或者某一个
上连端口(与交换芯片寄存器的设置有关)。
灯的显示由PHY给出，通过灯的显示可以观察每个端口的工作速率、连接和数据收发等情况。
交换芯片在每次开机或复位期间，首先读取外接EEPROM的内容来对交换芯片寄存器进行初始化配置。而交换芯
片寄存器的内容可以通过PC的管理程序或PC的超级终端进行读写，以此来控制或读取交换机的工作配置。
2 网络交换机的软件设计
整个网络交换机系统的软件包括
单片机的控制软件主要完成对寄存器的读写和与PC之间的通信。通过这个管理单元，可以将交换机配成各种工作
模式，以满足不同用户的需求。
交换芯片通过I2C总线连接EEPROM(24C02)，用于保存配置数据。在设备开机或者复位时，设备将从EEPROM读
出这些数据，用于系统初始化。
PC机的管理程序是用户将PC机的串口与系统设备连接，通过PC机的管理程序界面，很容易地对系统进行配
置。
2.1 单片机控制的软件设计
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