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下面主要介绍ＣＰＵ采用３２位ＡＲＭ内核微处理器、具有６个１０／１００Ｍ双绞线端口和两个１００Ｍ光纤端口、可实现冗余环路功能的工业以太网交换机的软、硬件设计思路。
１ 硬件设计
光纤环路工业以太网交换机硬件主要分成两个模块：ＣＰＵ模块和交换模块。下面分别对这两个模块进行详细介绍。
１．１ ＣＰＵ模块
ＣＰＵ模块又可以划分为两部分，即电源部分和ＣＰＵ及外围电路部分，原理框图见图１。
ＭＡＸ７８８是开关稳压管，该稳压管的输出电压为３．３Ｖ，输出最大电流为５Ａ，输入电压范围为８Ｖ～４０Ｖ，内部开关频率为１００ｋＨｚ。
交换机的ＣＰＵ选用Ａｔｍｅｌ公司的３２位ＡＲＭ内核微处理器芯片ＡＴ９１Ｍ４０８００，ＲＡＭ采用高速２５６Ｋ×１６位的ＳＲＡＭ ＣＹ７Ｃ１０４１ＢＶ３３。
ＦＬＡＳＨ存储器２９Ｗ４００用来保存程序和一些配置信息，它的容量为２５６Ｋ×１６位。ＡＴ９１Ｍ４０８００的串口扩展一个ＲＳ－２３２接口，ＰＣ机通过ＲＳ－２３２口直接对交换机进行一些管理和设置。ＭＡＸ８２３是一个带ＷＡＴＣＨＤＯＧ功能的电源监视芯片，提供可靠的复位信号。
ＣＰＵ模块和交换模块之间通过４０芯的插座进行连接，主要对交换芯片实现寄存器设置和网络数据读写功能。ＪＴＡＧ端口实现对ＡＴ９１Ｍ４０８００的实时仿真和将程序下载到ＦＬＡＳＨ存储器中。
１．２ 交换模块
交换模块主要由ＭＡＣ层主交换芯片ＶＴ６５１０Ｂ和物理层芯片ＲＴＬ８２０８组成。主交换芯片采用ＶＩＡ公司生产的ＶＴ６５１０Ｂ，该芯片有９个１０／１００Ｍ端口和１个１Ｇ端口，内嵌３８４ＫＢ的控制ＲＡＭ和包交换缓冲ＲＡＭ，可以实现完整的交换功能；另外提供主机接口，以便外部ＣＰＵ对本交换芯片进行初始化和管理。
８个１０／１００Ｍ端口通过ＲＭＩＩ接口与Ｒｅａｌｔｅｋ公司生产的物理层芯片ＲＴＬ８２０８连接。ＲＴＬ８２０８芯片共集成了８个物理层的端口，这８个端口可以配置成采用１０／１００ＢＡＳＥ－ＴＸ（双绞线接口）或１００ＢＡＳＥ－ＦＸ（光纤接口）。本系统采用了６个１０／１００ＢＡＳＥ－ＴＸ端口和两个１００ＢＡＳＥ－ＦＸ端口。６个１０／１００ＢＡＳＥ－ＴＸ端口需要通过隔离变压器ＨＲ６０４００９与ＲＪ－４５接口连接，ＨＲ６０４００９是一个提供４路ＲＪ－４５接口的隔离变压器。两个１００ＢＡＳＥ－ＦＸ端口可以直接与光纤收发器Ｖ２３８２６连接，该收发器提供单模ＳＣ接口。
另外，物理层芯片ＲＴＬ８２０８可以通过串行移位寄存器７４ＨＣ１６４外接ＬＥＤ发光管输出显示每个网络端口的状态。
由于ＶＴ６５１０Ｂ和ＲＴＬ８２０８的核心工作电压是２．５Ｖ，所以还要采用低压降的稳压芯片ＭＡＸ１８１８把３．３Ｖ的电压降到２．５Ｖ。
交换模块的原理框图见图２。
２ 软件设计
本交换机软件设计的主要任务是对交换芯片ＶＴ６５１０Ｂ的寄存器进行设置，使之能实现基本的交换功能；另外可以由上位机通过ＲＳ－２３２口或交换机上的网络端口对本交换机进行设置，实现网络端口的状态监视、冗余环路、虚拟局域网等各项高级管理功能。
根据产品的设计要求，交换机的软件可以划分为以下几部分：
（１）初始化
主要完成对ＣＰＵ各寄存器的初始值设置和对交换芯片的各个寄存器的初始值设置，启动交换机开始工作。
（２）网络协议
实现８０２．１ｄ、８０２．１ｗ、８０２．１ｑ以及ＰＩＮＧ、ＡＲＰ、ＢＯＯＴＰ、ＩＰ、ＴＣＰ、ＵＤＰ等网络协议。
（３）网络管理及功能设置
通过ＲＳ－２３２口实现对交换机一些基本参数的设置和状态监视。另外在实现上述网络协议的基础上，也可以直接通过网络实现对交换机的参数设置和实时状态监视。
（４）故障诊断及冗余环路实现
实现对电源及交换机其它部件的故障自诊断和报警，按照所设定的冗余环路实现协议和策略，监视网络当前连接状态并实现网络的自愈功能。
由于工业以太网交换机与通常的商用交换机有很多的共同点，又有一些不同点，因此在设计时借鉴了商用以太网交换机的原理，同时又兼顾到了工业以太网设备的特点。本设计选用了功能较强的交换芯片、网络物理层芯片和收发接口电路，并采用了基于ＡＲＭ内核的３２位嵌入式处理器来实现交换机的高级网络功能。
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szzunzheng 发表于 2007/9/25 12:58:39
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引用 szzunzheng 2007/9/25 12:58:39 发表于2楼的内容
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