交换芯片在智能电网录波及网络记录装置中的应用

智能变电站改变了数据采集的方式，一次设备集成的采集器负责数据采样，然后通过光以太网将采样数据以网络报文的形式发送给二次设备。二次设备需要多个网口接收采样数据报文，尤其是集中式录波装置和网络记录装置一般需要8个左右的光以太网采集口，而在GOOSE报文点对点接入方式下需要的光以太网就更多了。以往嵌入式CPU没有这么多网口，于是采用交换芯片扩展以太网接口就成为首选方案。

1设计方案及平台介绍

1.1设计平台基础

硬件采用POWERPC为核心，主频为800 MHz，支持两个RGMII接口；软件采用嵌入式Linux，内核版本为2.6. 25.

1.2设计方案

系统硬件以PowerPC CPU为核心，外围模块包括内存、SATA硬盘、LED指示灯、NORFlash、扩展网口的交换模块、JTAG调试口、串口控制台、独立的千兆以太网口。

系统框图如图1所示。主要功能如下：

①其中大容量内存用于Linux系统及应用程序运行，以及网络报文数据和录波数据缓冲；

②SATA硬盘用于报文数据和录波数据记录存储、Linux根文件系统存储；

③LED指示灯用于指示程序运行状态；

④Nor Flash用于Linux内核和U-boot存储；

⑤交换模块对外负责接入8个百兆光以太网口，CPU通过RGMII数字接口相连，将8个百兆光以太网口采集的数据汇集到CPU；

⑥JTAG调试口用于硬件调试；

⑦串口控制台，用于程序及驱动调试；

⑧独立的千兆以太网口负责和后台通信。

图1 系统框图

2基本驱动程序设计

交换芯片厂家提供交换芯片的驱动、SDK源码、例子，但是没有针对本平台的解决方案，基本驱动需要实现上层函数对交换芯片进行配置操作，实际网络驱动只需要把相应端口配置好，在Linux设备树文件中定义好，就可以使用Linux通用网络驱动进行网络通信。

2.1 mii_read/mii_write接口函数实现

mii_read/mii_write是上层函数对交换芯片配置操作的函数，通过RGMII硬件接口实现。在Linux系统中对硬件操作不能有上层函数直接访问，需要通过驱动接口实现上层函数对底层硬件的访问，本方案通过设备属性文件的读写实现对底层硬件端口的配置读写。具体步骤如下：

①在内核层，利用Linux的device_attr（），在文件系统中增加设备属性。内核代码需要修改的文件为Gianfar_mii.c.

◆定义sysfs_reg_io函数实现硬件直接读写，本处文件读写传递参数为字符串，故需要相应转换。

◆绑定设备属性文件reg_io，对其读写实际执行的是sysfs_reg_io.

static DEVICE_ATTR（reg_io，S_IWUSR | S_IRUSR，sysfs_reg_io，sysfs_reg_io）；

◆在int gfar_mdio_probe（struct devrice*dev）添力口以下代码中的实现设备属性文件到系统。

dev_set_drvdata（dev，new_bus）；

device_create_file（dev，

②在用户层需要修改mii_read/mii_write函数的具体实现，示例代码采用的是硬件直接访问，本处需要使用对reg_io文件的读写实现，注意传入参数需要和sysfs_reg_io函数的处理一致。具体修改哪个文件，在不破坏SDK接口的情况下查找相应函数名修改，修改后代码如下：