KS8995M数据手册(中文).doc

KS8995M数据手册集成5个10/100管理交换端口参考/15117016_d.htmlKS8995M集成5个10/100管理交换端口概述KS8995M是高度集成的，可在第二层进行管理。KS8995M针对低端口数，成本敏感的10/100Mbps交换系统优化了BOM（材料清单）。它也提供广泛的功能集，如基于标签/端口的VLAN、QoS优先级、管理、MIB计数器、双MII接口和CPU控制/数据接口，以有效地解决当前的以及新兴的快速以外网应用。KS8995M包含5个使用混合信号低能耗技术专利的10/100收发器，5个MAC单元，1个高速非拥塞交换结构，1个专用的地址搜索引擎，以及一个片上帧缓冲存储器。所有的PHY单元都支持10Base-T和100Base-Tx。另外，其中两个PHY单元支持100Base-Fx（4端口和5端口）。功能亮点l 集成5个MAC单元和5个快速以太网收发器；MAC单元和快速以太网收发器完全兼容于802.3u标准l 基于共享存储区的交换结构，具有非阻塞配置l 1.4G高性能内存带宽l 10Base-T，100Base-Tx，以及100Base-Fx模式l 双MII配置：MII交换（MAC或者PHY模式MII），MII-P5（PHY模式MII）l DMZ端口：基于IEEE802.1Q标签的VLAN（16个VLAN，全范围的VID），WAN/LAN分离或者跨VLAN交换机链接l 每个端口都有VLAN ID 标签/非标签选项l 每个端口都有0到100M的可编程速率，进&出端口，高&低优先级的速度选项l 流控制或者包下降速率限制（入端口）l 集成MIB计数器，完全兼容统计数据采集，每个端口34个MIB计数器l 对每帧长度达到1916字节的帧有允许/禁止选项l IGMP v1/v2的侦听多播包过滤l 入口包端口值的特别标记模式，用于发送CPU信息l SPI从（完全）和MDIO（仅MII PHY）串行接口管理，用于控制寄存器的配置l 基于MAC-ID的安全锁选项l 运行过程中可配置控制寄存器（端口优先级，802.1P/D/Q，AN）l CPU读取访问MAC转发表项l 802.1D生成树协议l 端口镜像/监测/侦探：进出任意端口或MIIl 每个端口都有使用全局%控制的广播风暴保护l 优化光纤到铜介质转换l 全片上硬件掉电支持（不保存寄存器配置）l PHY上的每个端口都有软件省电（空闲链路检测，保存寄存器配置）l 支持QoS/CoS包优先级：每个端口，802.1P以及基于区分服务l 在每个端口上（出端口）可添加或移除802.1P/Q标签l MDC&MDI/O接口，支持访问MII PHY的控制寄存器（并非全部控制寄存器）l MII本地环回支持l 片上64k帧缓冲存储区（不与1K的单播地址表共享）l 线速接收和发送l 集成搜索引擎，带有专用的1K MAC地址l 全双工IEEE 802.3x & 半双工背压流量控制l 综合LED支持l 7线SNI支持传统MAC接口l 自动的MDI/MDI-X转换l 禁用自动MDI/MDI-X选项l 低功耗核：1.8V；I/O：2.5V或3.3Vl 0.18微米CMOS技术l 128管教PQFP封装应用l 宽带网关/防火墙/ VPNl 集成DSL或电缆调制解调器的多端口路由器l 无线局域网接入点+网关l 家庭网络的扩展l 独立的10/100交换机l 酒店/校园/ MxU网关l 企业VoIP网关/电话l FTTx的用户端设备l 管理媒体转换器系统级配置1) 宽带网关2) 综合宽带路由器3) 独立交换机引言KS8995M包含5个10/100M的物理层收发器和5个带有集成的第二层管理型交换机的MAC单元。KS8995M有3种运行模式。第一种模式是用作5端口的综合交换机。第二种模式是用作5端口交换机，第5个端口与物理端口分离。在第二种模式下，通过MII访问第5个MAC。这可用于实现综合带宽路由器。第三种模式使用双MII特征恢复第5个PHY的使用。这种模式允许额外的宽带网关配置，此时通过MII-P5端口访问第5个PHY。KS8995M可便利地用于管理型或非管理型设计。设计成管理型时，主处理器可通过SPI总线完全控制KS8995M，或通过MDC/MDIO接口部分地控制KS8995M。设计成非管理型，可通过在系统复位时I/O捆包或者系统复位时EEPROM编程实现。在介质方面，KS8995M所有端口支持IEEE 802.3 10BaseT、100BaseTX，4端口和5端口支持100BaseFX。KS8995M可用作两种不同介质的转换器。使用精巧的模拟电路加强物理信号的发送和接收，使得设计更加有效，以允许更低的功耗和更小的芯片大小。从KS8995E到KS8995M，主要增加：支持主处理器管理，一个双向MII接口，基于标签和端口的VLAN，支持生成树协议，支持IGMP侦听，支持端口镜像，以及速率限制功能。功能概述：物理层收发器100BaseTX发送100BaseTX发送功能包括并串转换，4B/5B编码，扰码，非归零码（NRZ）到反向非归零码（NRZI）转换，MLT3编码和发送。电路由一个并串转换开始，把MII接口从MAC接收的数据转换成125MHZ的比特流（控制和数据流）。然后，这个比特流又转换成4B/5B编码，然后进行扰码。这组串行数据又进一步从NRZ转成NRZI格式，然后转成MLT3电流输出。输出由一个外部精度为1%，3.01k的电阻设置。它的典型上升/下降时间是4ns，符合ANSI TP-PMD关于幅度平衡、过冲和时序抖动的标准。波浪形10BaseT的输出同样纳入100BaseTX发送器。100BaseTX接收100BaseTX接收功能包括自适应均衡，DC恢复，MLT3到NRZI转换，数据和时钟恢复，NRZI到NRZ转换，解扰，4B/5B解码，以及串并转换。接收方由均衡滤波器开始，补偿双绞线上的码间干扰。因为幅度损失和相位失真是线缆长度的函数，均衡器需调整参数以优化性能。变量均衡器会比较接收到的信号和某些已知的电缆特性，得到一个初始估计值，然后调整、优化自身。这是一个持续的过程，能自动适应环境的变化（例如，温度变化）。均衡之后的信号然后通过DC恢复和数据转换模块。DC恢复电路用于补偿基线漂移的影响，并提高动态范围。差分数据转换电路把MLT3格式转换回到NRZI格式。切片门槛也是自适应的。时钟恢复电路从NRZI信号的边沿提取出125MHz的时钟信号。提取出的时钟信号用于NRZI信号到NRZ信号的格式转换。NRZ信号依次通过解扰和4B/5B解码。最后，NRZ串行数据被转换成MII格式，提供给MAC的输入。PLL时钟合成器KS8995M为系统时序产生125M、42M、25M和10M的时钟信号。内部时钟由外部的25M晶体或振荡器产生。扰码/解扰扰码的目的：扩频以减小EMI和基线漂移。通过11位的线性反馈移位寄存器给数据加扰。这会产生一个2047位的非重复序列。接收方使用与发送方相同的序列给进入的数据流解扰。100BaseFX 操作100BaseFX操作与100BaseTX操作非常相似，区别在于扰码/解扰和MLT3编码解码在收发时被旁路。在这种模式下，不使用自动协商特征，因为没有标准支持光纤自动协商。100BaseFX信号检测如果4端口和5端口的FXSDx大于6V，这两个端口运行在100BaseFX模式。这个信号的内部参考电压是1.25V。使用分压器设置光纤模块接口，使得FXSDx H高于参考电压1.25V，FXSDx L低于参考电压1.25V。H表示检测到信号，L表示无信号。当FXSDx低于6V，100BaseFX模式无效。因为100BaseFX模式下无自动协商功能，4端口和5端口必须强行设置为全双工或半双工。请注意，在设置选项里面存在4端口双工模式，但没有端口5。100BaseFX远端故障当从接收光纤模块检测到得信号逻辑错误时，发生远端故障。发生远端故障时，发送端通过在帧间空闲发送84个1和1个0通知链路的另一端。应该通过设置寄存器，禁用远端故障。10BaseT发送10BaseT驱动输出被纳入100BaseT驱动，使得以相同的磁性发送。它们在内部被整形和预加强，使得输出有2.3V的典型幅度值。谐波分量至少在全一的曼彻斯特编码信号的27dB以下。10BaseT接收在接收方，使用输入缓冲和电平检测静噪电路。一个差分输入接收电路和一个锁相环执行解码功能。曼彻斯特编码的数据流被分解成时钟信号和NRZ数据。静噪电路拒绝电平低于400mV的信号或者短脉冲宽度信号，以防止误触发在RXP或RXM输入端的噪声。当输入超过静噪限制，锁相环锁定输入信号，KS8995M解码数据帧。接收时钟在数据接收的空闲期动态获得。电源管理KS8995M带有每个端口电源关闭模式。为了节省电源，用户可通过设置控制寄存器或MII控制寄存器关掉未使用的端口的电源。另外，KS8995M支持全芯片关闭电源模式。激活全芯片关闭电源模式时，整个芯片将关闭。MDI/MDI-X自动交叉KS8995M支持MDI/MDI-X自动交叉。这方便了直连CAT-5线缆或者交叉CAT-5线缆的使用。自动适应功能探测远程的发送和接收对，正确地从设备中匹配发送和接收对。用户不关心线缆的类型时，自动适应功能很有用，同时保存一个额外的上行链路配置连接。通过配置端口控制寄存器，可禁用自动交叉特征。自动协商自动协商通过和对端交换一种FLP(Fast Link Pluse)的特殊Frame，里面包含了自己这端可以支持的工作组合方式(速度/双工方式)，对端收到之后和自己可以支持的工作组合方式相比较选择一种最佳的工作方式。链路设置如图1所示。图 1 自动协商功能概述：交换核地址搜索内部搜索表存储MAC地址和它们的相关信息。它包括1K的单播地址表和交换信息。KS8995M可以学习1K的地址，并根据哈希表区分。哈希表依赖运行环境和概率，不能保证KS8995M所能学习的地址数的绝对数量。学习当遇到以下实体时，内部搜索引擎更新搜索表。（1）在搜索表中不存在接收包的SA；（2）接收包完好，无接收错误，但长度非法。搜索引擎将合格的SA插入到表中，附带端口号和时间戳。如果表已满，则删除表中的最后一个实体，以腾出空间存储新实体。地址搬迁内部搜索引擎也监测某个站点是否移动。如果移动，它会相应地更新表。当发生以下情况时，执行地址搬迁：（1）接收包的SA在表中，但源端口不同于表中记录的源端口；（2）接收包完好，包无接收错误，但长度非法。老化功能当出现SA时，搜索引擎更新相应记录的时间戳信息。当一段时间内未更新某条记录，搜索引擎将从表中移除该记录。搜索引擎持续地执行老化进程，连续地移除老化的记录。老化周期是30075秒。通过配置寄存器3或者拉高拉低LED52的电阻，可以启用或禁用该特性。转发KS8995M使用下列流程图所述的算法转发报文。图2表示转发算法的第一阶段。在第一阶段，搜索引擎在VLAN ID、静态表、动态表中搜索目标地址，找出“转发端口1”（PTF1）。PTF1继而被生成树、IGMP侦听、端口镜像和端口VLAN进程修改，以提出“转发端口2”（PTF2），如图3所示。报文将从“转发端口2”发出。KS8995M不转发以下报文（1） 错误报文。包括帧错误、FCS错误、对齐错误和非法报文长度错误。（2） 802.3x暂停帧。KS8995M解析这类报文，并执行适当的工作。（3） “本地”报文。基于目标地址（DA）搜索。如果目标端口与源端口一致，则该报文视作“本地”报文。交换引擎KS8995M有高性能的交换引擎，用以向MAC的报文缓冲区移入或移出数据。它工作在存储和转发模式，有效交换机制减少了整体的延迟。KS8995M有64K的内部帧缓冲区。这写资源为5个端口共享。通过寄存器2（参阅5.1.3部分），可设置缓冲区共享模式。在第一种模式下，所有端口可以使用缓冲池中的任意空前区域。在第二种模式下，每个端口只能使用1/5的缓冲池区域。共有512个可用的buffer，每个buffer的大小为128字节。MAC操作KS8995M严格遵守IEEE 802.3标准，以最大化兼容性。包间距（IPG）成功发送一帧后，开始计量两个连续MTXEN间的96比特时间IPG。如果当前报文遇到碰撞，计量MCRS和MTXEN间的96比特时间IPG。晚碰撞如果一个发送报文在发送后512比特时间内遇到碰撞，该报文被丢弃。非法帧KS8995M丢弃短于64字节的报文帧；配置寄存器4，KS8995M可接收长达1536字节的报文帧。对特殊应用，配置寄存器4，KS8995M可接收长达1916字节的报文帧。KS8995M支持VLAN标记，出现标记时，调整最大长度。参阅EEPROM部分的配置选项。流控制KS8995M在接收端和发送端都支持802.3x标准的流控制帧。在接收端，如果KS8995M接收到暂停控制帧，它不再发送接下来的正常帧，直到计时器计时到暂停控制帧中指定的时间。在计时器计时到指定时间前，接收到另外的暂停控制帧，计时器将使用第二个帧中的时间更新原有的指定时间。在这段时间内（处于流控制时），只有发送来自KS8995M的流控制帧。在发送端，KS8995M有智能、有效的方式决定何时启用流控制。流控制是基于系统资源的可用性，包括可用的buffer、可用的发送队列和可用的接收队列。如果目标端口的资源使用殆尽，KS8995M将流控制该端口。KS8995M发出一个流控制帧（XOFF），流控制帧中包含定义在IEEE 802.3x中最大暂停时间。一旦端口的资源被释放，KS8995M发出其它的流控制帧（XON）；该帧中的暂停时间为零，用以关闭流控制（开启该端口的发送）。KS8995M的迟滞特性，可以防止过多的激活和关闭流控制机制。如果接收队列全部占用，KS8995M流控制所有的端口。半双工背压KS8995M提供了半双工背压（注意：不包含在802.3标准中）选项。激活与停用的条件与全双工工作时的相同。如果需要背压，KS8995M发送前言，以延缓其它站点的发送（载波监听尊重）。后续部分未翻译，如需深入了解，请参考原文。防止广播风暴KS8995M有一个智能的选择，用于防止交换系统接收过多的广报包。广播包被发往源端口外的所有端口，因而使用太多的交换资源（带宽和发送队列的可用空间）。广播风暴速率参数是全局设定的，可在各端口上单独启动或禁用。速率是基于100BT下50ms间隔和10BT下500ms间隔。在每个间隔之始，计数器清零，然后速率限制机制开始计数间隔内的字节数。在寄存器6和寄存器7中给定了速率。寄存器6和寄存器7的缺省设置是0x4A，十进制下的74。这等于1%的比例，如下计算而来：MII接口操作MII（媒体独立接口）由IEEE 802.3委员会制定，提供了物理层和MAC层地通用接口。KS8995M提供两个这样的接口。MII-P5接口与第5个PHY连接，而MII-SW接口用于连接第5个MAC。每个MII接口包括2个不同的信号组，一个用于发送，另一个用于接收。下表描述用于MII-P5接口的信号。MII-P5接口仅工作在PHY模式，MII-SW接口工作在MAC模式或PHY模式。这些接口是半字节宽的数据接口，因此运行在1/4网络比特速率（未编码）。发送端的其它信号表明发送过程中数据合法或者有错误发生。同样地，接收方带有解析器，当数据合法且没有物理层错误时，给出提示信号。对于半双工，有一个信号用于表示传输过程中是否有碰撞发生。注意，MII-SW接口的PHY模式无MRXER信号，MII-SW接口的MAC模式无MTXER信号。一般地，MRXER指示来自物理层设备的接收错误，MTXER指示来自MAC设备的发送错误。这些信号不适合于MII-SW的配置。对于PHY模式，如果与KS8995M的接口带有MRXER管脚，该管脚应置低。对于MAC模式，如果与KS8995M的接口带有MTXER管脚，该管脚应置低。SNI接口操作SNI（串行网络接口）兼容于一些用于网络层协议处理的控制器。SNI接口可直接与这些类型的设备相连。信号分两组，一组用于发送，另一组用于接收。相关信号如下表所示。SNI是1位数据宽度接口，在网络比特速率上运行（未编码）。发送方有一个额外的信号，用于指示数据是否有效。接收方有一个指示器，用于传达数据是否有效。对于半双工操作，有一个信号指示传输过程中是否有碰撞发生。KS8995M高级功能生成树支持为了支持生成树，端口5是处理器的指定端口。通过分别为端口1、2、3、4设置寄存器18、34、50和60的“发送时能”、“接收使能”、和“禁止学习”，其它端口（端口1至端口4）可以配置为五个生成树状态的一种。下面介绍生成树协议各状态下的端口设置和软件行为。禁用状态：端口不转发任何报文，端口不接收任何报文。禁用学习。端口设置：发送使能 = 0，接收使能 = 0，禁用学习 = 1软件行为：处理器不应该向该端口发送任何报文。交换机可能仍然向处理器发送特定的包（匹配静态表中的一些实体，设置了“溢出位”），处理器应该丢弃这些报文。注意：处理器通过MII接口与端口5想连。阻塞状态：只转发发往处理器的报文。禁用学习。端口设置：发送使能 = 0，接收使能 = 0，禁用学习 = 1软件行为：此状态下，处理器不应该向该端口发送任何报文。处理器用应该接收的实体（如BPDU包）设置“静态MAC表”。设置“溢出位”，使得交换机向处理器转发指定报文。这种状态下禁用地址学习。侦听状态：只转发来自或发往处理器的报文。禁用学习。端口设置：发送使能 = 0，接收使能 = 0，禁用学习 = 1软件行为：处理器用应该接收的实体（如BPDU包）设置“静态MAC表”。设置“溢出位”，使得交换机向处理器转发指定报文。处理器可能向端口发送报文，关于细节，可参阅“特殊标记”模式（4.2部分）。这种状态下禁用地址学习。学习状态：只转发来自或发往处理器的报文。启用学习。端口设置：发送使能 = 0，接收使能 = 0，禁用学习 = 0软件行为：处理器用应该接收的实体（如BPDU包）设置“静态MAC表”。设置“溢出位”，使得交换机向处理器转发指定报文。处理器可能向端口发送报文，关于细节，可参阅“特殊标记”模式（4.2部分）。这种状态下启用地址学习。转发状态：正常地转发和接收报文。启用学习。端口设置：发送使能 = 1，接收使能 = 1，禁用学习 = 0软件行为：处理器用应该接收的实体（如BPDU包）设置“静态MAC表”。设置“溢出位”，使得交换机向处理器转发指定报文。处理器可能向端口发送报文，关于细节，可参阅“特殊标记”模式（4.2部分）。这种状态下启用地址学习。特别标记模式为了生成树协议、IGMP侦听和其它运用的便利，设计特别标记模式。特别标记模式，与802.1Q相似，需要软件改变网络驱动，以插入/修改/剥离/解释特别标记。设置寄存器11的0位和寄存器80的2位，启用该模式。STPID仅在端口5接口上可见和使用。端口5与处理器相连。从处理器发往交换机的报文应打上STPID标记。端口掩码的定义如下：0001：仅发往端口10010：仅发往端口20100：仅发往端口31000：仅发往端口40011：向端口1、2广播1111：向端口1、2、3、4广播0000是正常标记，此时使用KS8995M的内部搜索结果。正常报文应该使用0000标记。如果来自处理器的报文不带标记，KS8995M将之视为正常报文，执行内部搜索。KS8995M使用非零端口掩码来绕过搜索结果和重载端口设置，无视端口状态。下表表示处理STPID的出口规则。对于从常规端口（14）发往端口5的报文，端口掩码用于告诉处理器该报文的接收端口，如下所示：0001：从端口1接收而来0010：从端口2接收而来0100：从端口3接收而来1000：从端口4接收而来在特别模式下，从常规端口发往端口5的报文只能带有以上四种端口掩码。出口规则如下表所示。支持IGMP在第2层有两部分跟支持IGMP有关。第一部分是IGMP侦听。交换机接纳IGMP报文，仅转发给处理器端口。IGMP报文标志为IP报文（以外网IP报文，或者IEEE 802.3 SNAP IP报文），IP版本 = 0x4，协议号 = 0x2。第二部分是静态MAC表的“组播地址插入”。一旦组播地址写入静态MAC表，组播报文将被发往相关端口，而非向所有端口广播。设置寄存器5的6位为1，可启用该特性。同时需要启用“特别标记模式”，使得处理器知道IGMP报文从何端口接收而来。设置寄存器11的0位和寄存器80的2位，启用“特别标记模式”。支持端口镜像KS8995M全面地支持端口镜像，有以下三点：（1） 某端口上的“仅接收”镜像。该端口上接收的所有报文镜像到sniffer port。例如，端口设置为rx sniff，端口5设置为sniffer port。有个报文，从端口1接收到，经内部搜索后发往端口4。KS8995M会把该报文同时发往端口4和端口5。KS8995M甚至可以把接收非完好的报文发往端口5。（2） 某端口上的“仅发送”镜像。该端口上发送的所有报文镜像到sniffer port。例如，端口设置为rx sniff，端口5设置为sniffer port。有个报文，从任意端口接收，经内部搜索后发往端口1。KS8995M会把该报文同时发往端口1和端口5。（3） 两个端口上的“接收和发送”镜像。端口A上接收、端口B上发送的所有报文都镜像到sniffer port。为了开启“AND”特性，设置寄存器5的0位为1。例如，端口1设置为rx sniff，端口2设置为transmit sniff，端口5设置为sniffer port。有个报文，从端口1接收，经内部搜索后发往端口4。KS8995M仅将该报文发往端口4，因为它不满足“AND”条件。有个报文，从端口1接收，经内部搜索后发往端口2。KS8995M会把该报文同时发往端口2和端口5。多个端口可选择设置为rx sniffed或者tx sniffed。任意端口可选择设置为sniffer port。所有这些端口特性可通过寄存器17设置。支