IP175C芯片及5口网络交换机原理介绍.ppt

5端口以太网交换机原理介绍 网络交换机 网络交换机 交换机是一个具有简化 低价 高性能和高端口密集特点的交换产品 体现了桥接技术的复杂交换技术在OSI参考模型的第二层操作 交换机按每一个包中的MAC地址相对简单地决策信息转发 而这种转发决策一般不考虑包中隐藏的更深的其他信息 交换机拥有许多端口 每个端口有自己的专用带宽 并且可以连接不同的网段 交换机各个端口之间的通信是同时的 并行的 这就大大提高了信息吞吐量 网络交换机 利用交换机的网络微分段技术 可以将一个大型的共享式局域网的用户分成许多独立的网段 减少竞争带宽的用户数量 增加每个用户的可用带宽 从而缓解共享网络的拥挤状况 传统的交换机本质上是具有流量控制能力的多端口网桥 即传统的 二层 交换机 是基于IP地址和协议进行交换的 后来把路由技术引入交换机 可以完成网络层路由选择 故称为三层交换 网络交换机 网络交换机 IP175C芯片介绍 IP175C芯片介绍 概述IP175C是ICPLUS公司的一个5端口以太网交换芯片 它集成6个交换控制器口 SSRAM和5个10 100M以太网口 每个接口支持IEEE802 3 IEE802 3u IEE802 3x规范 芯片采用0 18um工艺 128 PQFP封装 具有较强的抗干扰能力 IP175C芯片介绍 IP175C工作在存储转发模式 它支持数据流量控制 自适应MDI MDI X CoS 优先级序列 基于端口的VLAN 带宽控制 Diff Serv 差分服务 等功能 每个接口都能由EEPROM通过I2C总线或在指定管脚使用上 下拉电阻配置成自适应或强制10M 100M 全双工 半双工模式 IP175C芯片介绍 除了用做5口交换机以外 IP175C还可做为支持最多3个MII接口的路由器使用 可配置成4个LAN口和1个WAN口 IP175C既可做为MAC使用也可做为PHY使用 做为MAC使用时IP175C可通过MII口配置外部PHY设备 做为PHY使用时外部MAC设备也可通过MII口来配置IP175C IP175C芯片介绍 基本应用2 1应用2 1 15口交换机应用当IP175C的74脚 P4EXT 被拉低时 所有的MII口被禁用 这时IP175C就做为一个5口交换机使用 在本应用时MAC5未使用 如图2 1所示 IP175C芯片介绍 图2 1 IP175C芯片介绍 2 1 2一个MII接口路由器的应用IP175C可被配置成 4个WAN口 1个LAN口 3个WAN口 2个LAN口 2个WAN口 3个LAN口 1个WAN口 4个LAN口 管脚配置如表1 表2 1 IP175C芯片介绍 图2 2 IP175C芯片介绍 2 1 2两个MII接口路由器的应用 表2 2 图2 3 IP175C芯片介绍 表2 3 图2 4 IP175C芯片介绍 2 1 2三个MII接口路由器的应用 表2 4 图2 5 IP175C芯片介绍 2 2管脚描述 IP175C芯片介绍 IP175C芯片介绍 IP175C芯片介绍 IP175C芯片介绍 IP175C芯片介绍 IP175C芯片介绍 IP175C芯片介绍 IP175C芯片介绍 IP175C芯片介绍 IP175C芯片介绍 IP175C芯片介绍 IP175C芯片介绍 IP175C芯片介绍 功能描述3 1流量控制IP175C芯片的发送和接收都支持标准802 3X流量控制协议 在接收侧 如果IP175C收到一个暂停数据帧 它就延迟发送下一个正常数据帧 在发送侧 当目的端口溢出时 IP175C就发送一个暂停数据帧给远端 当CoS使能时 IP175C可以关闭流量控制一段时间 以保证高优先级包的带宽 当一端口收到一个高优先级包时 就关闭流量控制功能2 3秒钟 此时IP175C不发送暂停数据帧和拥塞标志 但仍然应答对方的暂停数据帧和拥塞标志 IP175C芯片介绍 3 2广播风暴保护当主机系统响应一个在网上不断循环的报文分组或者试图响应一个没有应答的系统时就会发生广播风暴 一般为了改变这种状态 请求或者响应分组源源不断地产生出来 常使情况变得更糕 随着网络上分组数目的增加 拥塞会随之出现 从而降低网络的性能以至于使之陷入瘫痪 IP175C具有广播风暴保护功能 如果IP175C接收到的广播包大于MII口寄存器30 11 15 14 或EEPROM寄存器59 7 6 bq stm se 1 0 定义的极限值时 就停止接收广播包 该功能通过拉高IP175C的102脚 BF STM EN 或用程序设置MII口寄存器29来启用 IP175C芯片介绍 3 3端口锁定IP175C支持端口锁定功能 并且每个端口可单独配置 通过MII口寄存器30或EEPROM寄存器57 如果该功能启用IP175C在第一次锁定MAC地址后 任何与此MAC地址不同的包都被禁止接收 IP175C芯片介绍 3 4端口VLAN功能虚拟局域网 VLAN 是英文VirtualLocalAreaNetwork的缩写 是指网络中的站点不拘泥于所处的物理位置 而可以根据需要灵活地加入不同的逻辑子网中的一种网络技术 IP175C支持端口VLAN功能 IP175C的端口可以划分成多个逻辑子网 该功能启用后 不同组的端口之间不能相互通讯 虚拟局域网中的站点所发送的广播数据包将仅转发至属于同一VLAN的站点 IP175C芯片介绍 3 5MII RMII接口IP175C可支持最大3个MII RMII接口 器功能框图见图3 1 详细配置见表3 1 需要注意的是MII2口和MII1口MAC模式不能同时使用 也就是说如果IP175C的第54脚 MII1 PHY MOD 被拉低 用户就不能使用MII2口 图3 1 IP175C芯片介绍 表3 1 IP175C芯片介绍 3 6智能MAC功能 SMARTMAC IP175C支持智能MAC功能 并可配置成4LAN 1WAN3LAN 2WAN2LAN 3WAN1LAN 4WAN等结构 下面以4LAN 1WAN为例说明该功能 IP175C芯片介绍 3 6 1从LAN口发数据包到WAN口1 PC0发送一个数据包到LAN口 SA是PC0 PVID没有或为1 2 IP175C收到后重新打包 将PVID置为1 通过MII口发送到CPU 3 CPU重置SA锁定PC3的地址 并将PVID置为2再发送给IP175C 4 IP175C再发给端口4 WAN口 图3 2 IP175C芯片介绍 3 6 2从WAN口发数据包到LAN口1 WAN口从PC3接收一个数据包 2 IP175C将PVID置为2后将数据包通过MII口发给CPU 3 CPU更新DA为PC0的地址 并将PVID的值改为1 然后发给IP175C 4 IP175C学习SA地址 5 IP175C将数据包按照DA的地址发给端口0 图3 3 IP175C芯片介绍 3 8 1基于端口的优先级队列如果端口被设置为高优先级 在接收时其它端口则优先接收该端口的数据帧 此功能通过设置MII寄存器29 19 29 21或EEPROM寄存器14 18来启用 每个端口可单独设置 3 8 2基于数据帧的优先级队列如果该功能启用 IP175C将检查数据帧相应位 然后将有高优先级标志的包放入高优先级队列 以便在传输时给有高优先级的包分配更多的带宽 该功能可通过MII寄存器29 12 29 21或EEPROM寄存器14 18来启用 并且每个口可单独设置 IP175C芯片介绍 3 9LED串行模式当MII RMII2被启用后 就没有足够的管脚连接LED IP175C可将LED指示信息通过管脚111 SCLK 和112 SDATA 发出 外部连接一个TTL芯片来解码并驱动LED 具体应用见图3 4 IP175 图3 4 IP175C芯片介绍 3 10串行管理接口 SMI IP175C提供2个串行管理接口 用户可通过该接口访问IP175C的MII寄存器 为了能正常访问MII寄存器 MDC要至少比MDIO多一个时钟周期 也就是说 一个完整的命令包含32位MDIO数据和至少33个MDC时钟周期 该接口被禁止时 MDIO变成高阻状态 IP175C如外部接一PHY设备 就通过SMI接口读取PHY设备状态 SMI只能接一个MAC 但可接多个PHY设备 见图3 5 IP175C芯片介绍 图3 5 IP175C芯片介绍 3 11系统复位IP175C有3种复位方式 硬复位当IP175C的第93脚 RESETB 被拉低至少5ms后 IP175C就开始复位 复位后从EEPROM 24C01A 中取初始化值 软复位硬复位后 用户可以通过SMI接口将16h写入寄存器0来进行软复位 这时IP175C复位所有PHY以及交换机 但不从EEPROM中取初始化值 PHY复位如将MII寄存器0的第15位写入 1 就复位PHY PHY地址从0 4分别指0 4端口 IP175C芯片介绍 3 12带宽控制IP175C提供带宽控制机制以便在一个限制带宽的网络中管理或控制数据速率 通过控制进口和出口速率 为本地网络提供一个带宽管理解决方案 并可快速分配上行或下行速率 以保证使用者的带宽有一个宽范围 IP175C通过定义MII寄存器31 2 31 0或EEPROM寄存器95 90可为每个端口分配带宽 每个端口进 出口速率为128kbps 8Mbps 5口网络交换机原理介绍 5口以太网交换机原理介绍 1 概述本设计采用ICPlus公司的IP175C单片以太网交换芯片系统框图如下 5口以太网交换机原理介绍 2 系统原理2 1系统电源MC34063A 安森美 是一种用于DC DC电源变换的集成电路 应用比较广泛 通用廉价易购 有3种工作模式 分别为 1 极性反转 2 升压 3 降压 极性反转效率最高65 升压效率最高90 降压效率最高 MC34063A的基本特性如下 输入电压范围 2 5V 40V输出电压范围 1 25V 40V开关频率 最大100KH最大输出电流 1 5A功率 1 25W工作温度 0 70度封装 DIP8和SO8 5口以太网交换机原理介绍 图1 10MC34063A原理框图 5口以太网交换机原理介绍 图1 11MC34063A降压方式的典型应用 5口以太网交换机原理介绍 图1 12MC34063A升压方式的典型应用 5口以太网交换机原理介绍 外围元件标称含义和它们取值的计算公式 Vout 输出电压 1 25V R2 R1 Ct 定时电容 决定内部工作频率 Ct 0 000004 Ton 工作频率 Ipk 2 Iomax Ton toffRsc 限流电阻 决定输出电流 Rsc 0 33 IpkLmin 电感 Lmin Vimin Vces Ton IpkCo 滤波电容 决定输出电压波纹系数 Co Io ton Vp p 波纹系数 固定值参数 Vces 1 0Vton toff Vo Vf Vimin Vimin Vces Vimin 输入电压不稳定时的最小值Vf 1 2V快速开关二极管正向压降 5口以太网交换机原理介绍 在实际应用中的注意 1 快速开关二极管可以选用IN4148 在要求高效率的场合必须使用IN5819 2 34063能承受的电压 即输入输出电压绝对值之和不能超过40V 否则不能安全稳定的工作 MC34063A还可以通过外接功率三极管或MOS管将输出电流增大到2A 这在需要电流大于1 5A的情况下非常有用 图1 13和图1 14是两种典型的扩流方式 图1 13是通过NPN三极管或N MOS管进行扩流 而图1 14是通过PNP三极管或P MOS管进扩流 输出电流增大的多少决定于