IP175C芯片及5口网络交换机原理介绍

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2.1IP175C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2.1IP175C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2.3IP175C芯片介绍

表2.3图2.4IP175C芯片介绍

2.1.2三个MII接口路由器的应用

表2.4图2.5IP175C芯片介绍

2.2管脚描述

管脚号管脚名管脚描述系统初始化设置

120REG_OUT校准器输出。内部线性校准器用这个管脚控制外部晶体管产生一个1.7～2.0V的电压供IP175C内核。IP175C用DVCC/AVCC作为反馈电压116REG_HIGH校准器输出选择。接GND时为IP175C用一组电源供电，接VCC是IP175C用两组电源供电102BF_STM_EN广播风暴保护使能1：使能0：禁止当端口接收的广播包大于MII口寄存器30.11[15：14]或EEPROM寄存器59[7：6]设置的值时，端口就禁止接收广播包IP175C芯片介绍

管脚号管脚名管脚描述系统初始化设置

101LINK_QLink质量指示。1：使能0：关闭如果该功能使能，在接收信号低于正常工作的值时，link灯就以2秒间隔闪烁100X_ENIEEE802.3X支持。1：使能(default)0：关闭69FILTER_RSV_DA用预留MAC地址打包。1：预留打包0：快速打包（default）P4EXT为低时有效66LONG_PKT最大包长设置。1：1552bytes0：1536bytesP4EXT为低时有效65AGING地址改变监视。1：使能，每280s检测一次地址0：关闭

P4EXT为低时有效IP175C芯片介绍

管脚号管脚名管脚描述系统初始化设置

64P4_HIGH设置端口4为高优先级。1：使能

0：关闭（default）P4EXT为低是有效63COS_EN外部设备分类。优先处理有高优先级标志的包。1：使能0：关闭（default）36LOW_10M_EN10M低功耗模式使能。1：使能IP175C工作在10M功耗模式0：正常模式（default）IP175C芯片介绍

管脚号管脚名管脚描述MII口设置

74P4EXTMII口使能。1：MII口使能0：MII口关闭，IP175C作为一个5口交换机使用（default）53RMII_ENRMII口使能。1：所有MII口工作于RMII模式0:所有MII口工作于MII模式（default）67MAC_X_EN流量控制使能。1：使能(default)0：关闭P4EXT为低是有效IP175C芯片介绍

管脚号管脚名管脚描述MII口设置

96MII0_MAC_MODMII0口模式设置。1：MII0口作为MAC，外部应连接一个PHY设备0：MII0口作为PHY，外部应连接一个MAC设备（default）54MII1_PHY_MODMII1口模式设置。1：MII1口连接到PHY4，外部应连接一个MAC设备0：MII1口连接到MAC4，外部应连接一个PHY设备111MII2_MAC_MODMII2口模式设置1：MII0口作为MAC外部应连接一个PHY设备0：MII0口作为PHY外部应连接一个MAC设备（default）IP175C芯片介绍

管脚号管脚名管脚描述MII口设置

113MII2_ENMII2口使能

1：使能0：关闭75P4MII_SNIMII0口设置1：SNI接口0：MII接口（default）51MII1_DISMII1口设置

1：关闭MII1口0：启用MII1口MII口接口89MII0_RXCLKMII0口接收时钟81MII0_TXCLKMII0口发送时钟MII0_RXCLK和MII0_TXCLK用同一个时钟源，相位也相同IP175C芯片介绍

管脚号管脚名管脚描述MII口接口80797877TXD0_0TXD0_1TXD0_2TXD0_3MII0口发送数据线76TXEN0MII0口发送使能90COL0MII0口冲突检测84RXDV0MII0口数据接收打开88878685RXD0_0RXD0_1RXD0_2RXD0_3MII0口接收数据线IP175C芯片介绍

管脚号管脚名管脚描述端口模式设置

85，76P4_FORCE端口4工作模式选择。1：强制模式0：自适应模式MII0是PHY模式时设置85脚MII0是MAC模式时设置76脚86，77P3_FORCE端口3工作模式选择。1：强制模式0：自适应模式MII0是PHY模式时设置86脚MII0是MAC模式时设置77脚87，78P2_FORCE端口2工作模式选择。1：强制模式0：自适应模式MII0是PHY模式时设置87脚MII0是MAC模式时设置78脚IP175C芯片介绍

管脚号管脚名管脚描述端口模式设置

88，79P1_FORCE端口1工作模式选择。1：强制模式0：自适应模式MII0是PHY模式时设置88脚MII0是MAC模式时设置79脚90，80P0_FORCE端口0工作模式选择。1：强制模式0：自适应模式MII0是PHY模式时设置90脚MII0是MAC模式时设置80脚103P4_FORCE100端口4速率选择。1：强制100M0：强制10M（default）MII2_EN为高电平时，该功能被关闭IP175C芯片介绍

管脚号管脚名管脚描述端口模式设置

104P3_FORCE100端口3速率选择。1：强制100M0：强制10M（default）MII2_EN为高电平时，该功能被关闭105P2_FORCE100端口2速率选择。1：强制100M0：强制10M（default）MII2_EN为高电平时，该功能被关闭106P1_FORCE100端口1速率选择。1：强制100M0：强制10M（default）MII2_EN为高电平时，该功能被关闭107P0_FORCE100端口0速率选择。1：强制100M0：强制10M（default）MII2_EN为高电平时，该功能被关闭IP175C芯片介绍

管脚号管脚名管脚描述108P4_FORCE_FULL端口4传输模式设置。1：强制全双工0：强制半双工MII2_EN为高电平时，该功能被关闭109P3_FORCE_FULL端口3传输模式设置。1：强制全双工0：强制半双工MII2_EN为高电平时，该功能被关闭110P2_FORCE_FULL端口2传输模式设置。1：强制全双工0：强制半双工MII2_EN为高电平时，该功能被关闭111P1_FORCE_FULL端口1传输模式设置。1：强制全双工0：强制半双工MII2_EN为高电平时，该功能被关闭112P0_FORCE_FULL端口0传输模式设置。1：强制全双工0：强制半双工MII2_EN为高电平时，该功能被关闭IP175C芯片介绍

管脚号管脚名管脚描述传输接口

127，12811，12

18，1929，3033，34

RXIP0，RXIM0,RXIP1，RXIM1,RXIP2，RXIM2,RXIP3，RXIM3,RXIP4，RXIM4双绞线数据接收3，48，921，2226，2737，38

TXOP0，TXOM0，TXOP1，TXOM1，TXOP2，TXOM2，TXOP3，TXOM3，TXOP4，TXOM4双绞线数据发送15BGRES配置电阻。通过6.19k电阻接地IP175C芯片介绍

管脚号管脚名管脚描述混合123X1系统时钟输入或晶体振荡器输入122X2晶体振荡器输出93RESETB系统复位，低电平有效52TEST2测试模式使能。正常工作时应接地EEPROM53SCLEEPROM时钟脚54SDAEEPROM数据传输脚MII管理接口71，70MDC0,MDIO0MII0管理接口113，74MDC1,MDIO1MII1管理接口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3.1IP175C芯片介绍

表3.1IP175C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3.2IP175C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3.3IP175C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3.4IP175C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3.5IP175C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８０％。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SO85口以太网交换机