基于AT89818的10M/100M以太网交换机设计

引 言

　　近年来，网络技术发展迅猛，而在市场上以太网则占统治地位。本设计采用Atan公司的交换芯片AT89818作为核心芯片，用AT89C52作为系统设置和配置的芯片。交换机为快速以太网的升级提供了很好的灵活性和易处理性，它提供了16个多路10M/100Mbps的RJ-45以太网端口。交换机将自动地检测与之相接设备的速率，允许在同一个交换机上使用10Mbps和100Mbps设备而无须替代原有的网络设施。

1 系统功能

　　系统符合IEEE 802.3-802.3u标准，接口为16口10/100Mbps 多路交换（使用屏蔽RJ-45连接器）。系统拥有最多可存放8K MAC地址条目的地址表，并且具有存储转发交换的特性，使其能自动学习并存储MAC地址表中的地址；具备一个共享存储器的动态O/I缓冲区，从而保证了快速无误的包存储和包转发；采用即插即用配置自动学习方式，支持半双工和全双工模式，另外有一个 MDI口做级联用。主要技术指标为

最大转发率:

14 880pps/10BASE-T；148 800pps/100BASE-TX。

最大过滤速率：

14 880pps/10BASE-T；148 800pps/100BASE-TX。

2 系统构成

　　本交换机系统采用AT89818作为核心交换芯片；MCU采用AT89C52，用做控制和系统设置，已经和计算机进行通信连接；EEPROM采用AT93C46，用于储存交换机启动时所需的初始化数据；SRAM采用64K×64位的W25P243A；PHY0和PHY1采用8端口的DSP 10/100 PHY；JACK0和JACK1为RJ-45连接器。系统结构如图1所示。

    2.1 AT89818

　　AT89818是整个硬件系统的中心，也是核心交换芯片。AT89818最多可有18个10M/100Mbps多路交换接口，其中的一个或者几个可以捆绑，芯片有8192个MAC地址条目的地址表，另外还可以通过EEPROM设置VLAN。

◇支持存储转发功能；

◇每个VLAN包可有1522B大小的缓存；

◇支持老化功能以及802.3x流控制；

◇可无缝连接64K×64位或者128K×64位的SRAM；

◇可进行广播风暴控制；

◇具有两个基于MAC地址的捆绑组，每个组可有2~6个端口；

◇支持通过EEPROM配置的基于端口的VLAN技术；

◇可通过EEPROM配置每个端口的速度、半双工或全双工模式、捆绑模式、VLAN设置等等。

图2

    2.2 MCU（AT89C52）

　　AT89C52作为系统设置和控制的芯片。MCU可通过串口和计算机通信，通过计算机对交换机进行控制和设置管理；同时，它和AT89818交替获得对EEPROM的控制权。当交换芯片将对EEPROM的控制交给MCU后，MCU对EEPROM进行读写修改。修改完成后，MCU可将控制权利交给交换芯片，交换芯片再从EEPROM中重新读取配置数据。

2.3 其它器件

(1)EEPROM

采用三线CMOS器件 AT93C46，可以通过ORG引脚的置高或置低来选择EEPROM的数据格式为 64 ×16或者128 ×8。通过CS、SK、DI、DO与MCU相连，MCU可以对EEPROM存储的数据进行读写。

(2)PHY

采用M88E3080。它是一种8端口10M/100Mbps快速以太网物理层收发设备，具有更高的信噪比、较低的功耗，是Marvell Semiconductor Inc.的产品。

(3)SRAM

采用W25P243A。它是一种64K× 64大小的PIPLINED的CMOS高速静态RAM，是Winbond Electronics 公司产品。

图3

3 系统关键电路的设计

    3.1 系统时钟的设计

由于两个PHY芯片的时钟都为50MHz，而SRAM和AT89818的时钟都有75MHz，已经属于高速数字电路的设计，因此在设计时候要考虑信号的完整性。

如图2所示，通过缓存器74LVT244可增加时钟的驱动能力，产生2个同相、延迟极小并且一致的时钟输出给2个PHY，可保证信号的完整性。

　　另外在PCB设计时也应该让高速信号走线尽量短，以保证系统信号的完整性设计。

    3.2 MCU与EEPROM、AT89818之间控制的系统设计

　　MCU与AT93C46连接如图3所示。MCU通过EDO、EDI、ESK、ECS可对AT93C46进行读写；同时，EDO、EDI、ESK、ECS也分别与AT89818的DO、DI、SK、CS相连接。AT89818与MCU通过E2TR交换对EEPROM的控制，当E2TR为低时，AT89818通过DO、DI、SD、CS从EEPROM中读取配置数据；当E2TR为高时，AT89818的这4根信号线处于高阻状态，对EEPROM的控制交给MCU，MCU此时可对EEPROM中的数据进行修改。系统重新启动后30ms内，E2TR必须保持为低电平。

    3.3 AT89818与PHY以及SRAM连接

　　AT89818与M88E3080以及SRAM的连接如图4所示。MDC为交换芯片输出的1MHz时钟，用于驱动PHY芯片。为增加驱动能力可考虑先通过缓存器，MDIO为交换芯片管理PHY芯片所用的DATA线。

4 应用前景

　　本交换机是一个具有快速以太网交换功能、高性能、低功耗的网络设备。近些年来网络发展迅速，很多社区在建设的时候都在考虑光纤到户。本设备以经济、实用、高效等众多优点可完全满足广大用户的需要。