单片机控制的网络交换机设计与实现

　　引言

　　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。网络交换机能显著的增加带宽,可以建立地理位置相对分散的网络。局域网交换机的每个端口可并行、安全、实时传输信息,而且性能稳定、结构灵活、易于安装、便于管理,能很好地满足企业网和电信运营商宽带接入的需求。

　　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,网络交换机的用途越来越广。本交换机采用了AL101芯片的ROX总线,将3个8口交换芯片连接起来,组成了1个24端口交换机,满足了用户对多交换端口的需求。

　　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。

　　交换机有24个10/100M自适应端口,每个端口都能达到线速交换。根据用户需要可对端口进行10/100M速率、全/半双工、流量控制、静态MAC地址、镜像、VLAN等设置。

　　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。