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论文研究-基于Realtek交换控制器的以太网二层交换机设计 .pdf 评分:

基于Realtek交换控制器的以太网二层交换机设计,郑妍,马跃,本文提供一种千百兆过渡性的以太网二层交换机的设计方案,满足中小企业对于千兆产品性价比的需求,以介绍MPC866为CPU、RTL8326为交换控�
中国科技记文在线 3.1CPU模块 〔U模块由电源复位逻辑芯片、存储器部分以及I/0接凵部分组成。主要通过SNⅠ接凵 与以太网控制器连接进行收发数据,对类似于 BPDUS(网桥协议数据单元)或者是发往对管 理系统来说有特殊意义的諍态地址的帧进行处理,乜可通过配置寄存器处理单播、纽播或者 广播帧。 3.1.1CPU 处理器采用 Motorola公司的MPC866,它是 Motorola公司的 PowerQUIcc系列嵌入式通信处 理器,是MPC860系列的简化和改进版木。MPC866内部集成了微处理器和一些控制领域的常 用器件,是一个多用途的通用芯片。MPC866集成了两个处理块,一个处理块是嵌入的 Powerpc 核,另一个是通信处理模块CPM( Communications processor module)。由于CPM分担了嵌入 式 PowerPc核的外圉工作任务,这种双处理器体系结构功耗要低于传统的体系结构的处理器。 MPC866强大的CPM模块具有内部的RISC处器,提供一个快速以太网控制器(FEC)、两个串 行接口控制器(SCC)、一个串行管理通道(SC)、一个串行外设接口(SPI)、一个 PCMCIA 接口以及一个调试接口 3.1.2以太网交换控制器 由于二层交换控制芯片(RIL8326)没有与CrU连接的上行数据接凵,所以本设计采用 以太网交换控制器作为交换模坎与CPU的转接器。上行端口与CPU相连,传送控制数据,下 行端口通过变压器跟RTL8208B(二层交换PHY芯片)连接,从而连接CPU与交换模块的交 互。除了这些管脚,CPU可以通过MC0接∏配置以太网交换控制器的寄存 3.1.3存储器模块 根据产品功能的要求,存储器模块应包括: SDRAM存储器、 FLASH存储器和 EEPROM存储 器。 FLASH负责在断电的情况下对程序和酩置信息进行保存; EEPROM提供上电初始化程序 的保存;S灬RAM提供程序髙速运行的存储空间 中国科技记文在线 3.1.4逻辑控制模块 该模块采用可编程逻辑器件,实现整个系统的逻辑控制。完成的功能有地址译码、板标 提取、以太网LINK信号产生以及硬件流控信号的产生 3.1.5RS-232接口 该接口芯片通过SMC接口与微处理器ⅦC866相接,以实现控制台对CPU的配置。硬件 流控采用逻辑提供的C(载波检测)和DTR(数据终端准备妤)来实现。 3.1.6复位芯片 复位芯片产生的复位信号将在上电的初期复位微处理器MPC866 3.2交换模块 本交换机设计是MAC(媒介控制芯片)与PIY(物理层芯片)相分离的架构,形戊24凵 百兆+2口千兆的二层交换机。采用 REALTEK公司的RTl8326(MC)+RTL8208(8口百兆PHY) +RTL8212(2口千兆PHY).RT8326二层交换控制器整合了24个以太网/快速以太网MACs和 2个「兆以太网MACs,具有高速2.5SRAM包缓存、8K入口MAC地址表和交换引擎。这款芯 片支持流控制、广播风暴过滤、组播监听、QoS、中继、ⅥA、带宽控制、摇控等功能。ⅧC866 通过SCK、SDA信号与RTI8326相连,访问RTI8326的寄存器,对其进行配置、检测以及监控。 3.2.110/100M接口模块 个RTI8208B与RTI8326道过SMII接口相连,其中每个RTI8208B支持8路 10Base-T/100BASE-TX物理层收发,并与 Sumlin公司的变压器相连,再接到RJ5接插件 RTL8326文持24路10/100Mbps以及2路「兆端口的二层以太网交换机,并且内嵌查找表和 缓存。 中国科技记文在线 3.2.2千兆PHY模块 通过千兆PmY芯片(RTL8212)与RTL8326提供的两个GMII接口相连,实现交换机的两 个1000 BASE-T以太网接口。RTL8212包括物理编码子层( PCS Physical Coding Sub- layer)、 物理接入子层( PMA Physical Medium Attachment)和介质有关子层( PMD Phys ical Medium Dependent)。有编码解码以及时钟/数据恢复,可以消除回音和串音「扰等功能。 4.软件设计与系统通信流程 以太网二层交换机的软件系统采用了模块化、分布式的设计方法,基于实时多任务操作 系统。软件系统的结构呈层次结构,一层建立在另一层的基础上,每一层都使用近邻它的下 层所提供的服务,并且为它上面一层提供更高一纵的服务,以太网二层交换机的软件系统 层次结构如图2所示 Http SNMP TELNET SOCKEI UDP IPARP ICMP IGMP 8D2.X 802.W 802D Rn2.1 Driver Operating System 图2软件结构图 4.1驱动层的设计 由于软件系统中旳应用层和协议栈层软件目前己有模块化实现,软件系统的改计和实现 工作主要集中在驱动层及相关软件的移植上。驱动层的功能是为上层软件提供对硬件的操作 接∏1,并向上层软件屏蔽底层软件的过程。 按照底层硬件所提供的功能,将驱动层再细分为十个了模块,这些了模块为:(1)Port 模块:提供对端凵的操作,包括设置端凵速率和单/双工模式等;(2)L2模块:提供对二层 地址表的操作;(3)Ⅵan模块:实现虚拟局域网功能,提供对802.1q的支持:(4)Truk 模块:实现对端口的汇聚功能,如创建或刪除一个Truκ组:(5)Cosα模块:提供分类服 务,主要实现将一些数据包的QS要求映射到相应的硬件操作;(6) Multicast模块:提供 在第二层的数据多播功能组播路由器的发现功能;(7) Linkscan模块:提供对物瑆链路的实 国科技记文在线 吋检测,当检测到链路状态发生变化时,能及吋通知上层软件;(8) Statistics模块:提 倛对交换芯片中的统计寄存器的操作:(9) Filter模块:支持数据包过滤功能;(10)PIⅣ芯 片的读写控制模块:通过对I/0线的控制,实现对交换芯片内寄存器的读写,从而驱动最底 层控制交换机的行为 4.2通信流程 系统在上电复位后,首宄要进行系统初始化,即要对其工作参薮进行设置,以确保正常 工作,其中主要是对一些寄存器进行配置。当所有初始化工作完成后,交换机开始工作,其 交换流程如图3所示。 (1)当交换机从某个端口收到一个数据包,先读取包头中的源MAC地址,这样它就知道 源MAC地址的机器是连在哪个端口上的;(2)读取包头中的802.1Q标签,查找数据是否是 属于该端口的VLAN,如果不是则丢,是则继续:(3)再去读取包头中的日的MAC地址, 并在地址表中查找相应的端口,如表中有与这目的MAC地址对应的端口,把数据包直接复制 到这端∏上:(4)如表中找不到相应的端∏则把数据包广播到所有端口上,当目的机器对 源机器回应时,父换机又可以学习目的MAC地址与哪个端凵对应,在下次传送数据时就不再 需要对所有端凵进行广播了;(5)由于RIL8326支持QOS优先级排队功能,发送数据前会查 询Q0S配置寄存器,如果标识为高,则交换到相应端口的高优先级输出队列,如果标识为低, 交换到相应端口的低优先级输出队列。 6 国科技记文在线 廾始 交换机收到 数据包 源MC地址、端口是否在AT表中否,将源MAC地址学习到 ALT表中 是 是否有802.1Q标签 是 否 加上802.1Q 否 标签是否属于端口的N/ 丢弃该数据 包 廾始交换 目的MAC地址及端口是否在ALT表中 一 是 高 低 查找响应的Q0s 广播 交换到优先 交换到优先 级高的队列 级低的队列 图3交换流程 5结论 本文详细介绍了采用MAC(媒介控制芯片)与PHY(物理层芯片)相分离的架构设计二层 交换机的方法,使用 Realtek公司的RTL8326(MAC)、RTL8208B(8口百兆PHY)以及RTL8212(2 ∏千兆PHY)实现,实现了常见的第二层交换杋的功能、网络管哩能力以及基于网络拓扑结构 的交换功能。相信在今后数年内,部署100Mhps、1000Mbps以及千百兆过渡性的以太网层 交换机的步伐将持续高速进行。 7 国科技记文在线 参考文献 郭碧云.以太网三层交换机的设计与实现[D]北京:北京邮电大学2004 卢泽新.北京:机槭工业出 版社,2000 Motorola company. MPC866UM_D 作者简介:郑妍、1981年出生、女攵、研究生、主要研究方向:计算机网络 马跃、副教授、硕士

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基于Realtek交换控制器的以太网二层交换机设计,郑妍,马跃,本文提供一种千百兆过渡性的以太网二层交换机的设计方案,满足中小企业对于千兆产品性价比的需求,以介绍MPC866为CPU、RTL8326为交换控�

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