基于AT89818的10M_100M以太网交换机设计

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。

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。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。