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KS8993高性能以太網快速交換電路的功能特性及應用分析

電子設計 ? 來源:電子設計工程 ? 作者:廖小芳,李朋,羅 ? 2021-06-17 16:16 ? 次閱讀

作者:廖小芳,李朋,羅小巧

1 引言

KENDIN公司推出的KS8993是業(yè)界第一款包含3端口10/100物理層收發(fā)器、3個帶有1個Layer2交換器的MAC單元以及緩存的高性能以太網快速交換電路,集成了10BaseT/100BaseTX/100BaseFXPHY和16K×32的SRAM緩沖區(qū),其帶寬可達到1Gbps。具有低功耗、功能齊全和易于調試等特點。

KS8993主要具有以下特性:

符合IEEE 802.3以太網標準和IEEE 802.3μ快速以太網標準;

支持基于端口的VLAN,基于硬件的10/100速率轉換及自動協(xié)商機制;

支持10M/100M和全雙工/半雙工自適應功能;

支持全雙工的IEEE802.3x流量控制及半雙工的流量控制;

片內集成地址對照引擎、自動地址分析、老化和移位;

MAC地址自學習、自更新功能;

可支持優(yōu)先級排隊、未屏蔽雙絞線和光纖;

采用128引腳的PQFP型封裝。

2 內部結構

圖1是KS8993的內部結構框圖。下面介紹KS8993中各主要模塊的原理。

(1)地址對照引擎

KS8993內置存儲MAC地址及其相關信息的地址對照表。該表能夠提供1K字48位的中央地址存儲器地址和交換信息。

(2)SRAM緩沖器

KS8993內置一個用于存儲幀的16K字32位的SRAM緩沖器。這一資源是由該電路的3個端口共享。每個端口分配多大空間的緩沖器可以通過系統(tǒng)設置來決定。

(3)流量控制

在KS8993中,幀的接收與發(fā)送支持802.3x標準。KS8993剛剛接收一個數據包,假如該數據包的目標端口資源被占用,KS8993將對接收數據包的端口進行流量控制。這時,KS8993會發(fā)出一個含有最大停頓時間的流量控制幀。一旦目標端口資源被釋放,KS8993就發(fā)出其他不含停頓時間的幀。

3 KS8993的輸入接口和輸出接口

如圖2所示,KS8993的輸入接口和輸出接口主要分為:物理接口、MII接口、串行網絡接口、LED指示接口、非管理編程接口、控制和其他接口、工廠測試接口、電源和地接口。

3.1 物理接口

KS8993分別提供3路收發(fā)信號接口,分為變壓器和光纖兩種模式與媒體介質相連。光纖模式下,三路光信號檢測接口接光纖信號檢測輸出口可完成光信號檢測。還需為傳輸數據設置抽頭變壓器參考值,并設置發(fā)送電流值。

3.2 介質無關接口(MII)

介質無關接口(MII)的作用是使物理層可以支持不同的介質類型。MII引腳信號包括接收、發(fā)送數據、發(fā)送使能、沖突監(jiān)測、收發(fā)時鐘和故障指示等。還提供了載波活動、沖突檢測和管理接口信號。數據穿越MII的速率是每個時鐘周期為一個半位元組(4位),即25Mbps。

MII工作在forward和backward兩種模式下。在forward模式下,KS8993的MAC3利用外接的PHY進行通信;在backward模式下,外部的MAC利用KS8993的PHY3進行通信。

3.3 串行網絡接口

串行網絡接口與用于網絡層協(xié)議處理的控制器兼容,可以直接與這些類型的設備連接。傳輸信號分為兩類:一類負責發(fā)送,包括發(fā)送使能、沖突檢測、串行發(fā)送數據和發(fā)送時鐘等。另一類負責接收,包括載波監(jiān)聽、串行接收和接收時鐘。

3.4 LED指示接口

狀態(tài)指示信號可以設置為速度指示、沖突指示、全雙工/半雙工指示等。可以根據需要外接一定數目的LED燈指示電路的工作狀況。

3.5 非管理編程接口

按功能表設置MODESEL[3:0]引腳電平可規(guī)定LED的工作模式。設置MTXD[3:1]引腳可實現全雙工和半雙工模式。設置MIIS[1:0]引腳使KS8993的MII接口工作在forward或reverse模式。設置MRXD[0]引腳為高電平,KS8993可禁止MAC3的自動協(xié)商功能。設置MRXD引腳為低電平,使KS8993的MAC3工作在半雙工模式。諸如此類,靈活設置這些非管理編程接口電平還可以實現自動協(xié)商機制、MAC地址自學習、符合802.1p的優(yōu)先級排隊、自更新等功能。

3.6 控制和其他接口

接外部晶振或輸入時鐘信號和系統(tǒng)復位信號。

3.7 電源和地接口

KS8993采用單2.5V工作電壓,包括收發(fā)驅動器在內的總功耗為300mA(750mW),具有低損耗特性。

4 典型應用

KS8993包含3端口10/100自適應物理層收發(fā)器和3個帶有一個Layer 2交換器的MAC單元。

在實際應用中,KS8993既可以配置為一個獨立的3端口器件,如圖3(a)所示,也可以為了滿足需要(如將DSL與一部IP電話和PC相連時),配置成為兩端口加一個MII端口的形式,如圖3(b)所示。MII端口可以連接外部處理器,用于路由目的和公共網絡訪問。

圖4是KS8993在IP電話中的應用。端口1連接個人計算機,端口2連接電話,端口3則設置成MII端口,用于路由目的。

KS8993的每一個端口都設有一個3位的VLAN掩碼寄存器(PV1、PV2和PV3)。通過設置寄存器中的掩碼,可以設定KS8993中3個端口的功能,其中,一個典型的應用是將2個端口設置成轉換器,另一個端口設置為路由器。要實現這一功能,3個VLAN掩碼寄存器的設置為PV1(1,0,1)、PV2(0,1,1)和PV3(1,1,1)。在這個設置中,KS8993可以用于連接2個VLAN,VLAN1包括端口1和端口3,VLAN2包括端口2和端口3。當VMDIS(Vlan Mismatch DIScard)=1時,端口1和端口2之間不能直接通信,此時端口3就要在端口1所屬的VLAN1和端口2所屬的VLAN2之間進行路由選擇。當VMDIS=0時,如果端口收發(fā)的是廣播數據包,則所有端口之間都可以直接通信;如果端口收發(fā)的是多播數據包,那么這些數據包的傳輸將被限制在同一個VLAN中。VMDIS=0這種特性常被用于廣播/多播協(xié)議轉換。

5 結束語

使用KS8993時應當注意:在reverse操作下,MII接口不給KS8993提供接收報錯信號,而在forward模式下,不提供發(fā)送報錯信號;必要時,當KS8993不能達到發(fā)送端電壓值(約2.2V或高于2.2V)時,可將電源電壓提高到2.65V;在接線時,模擬地和數字地應分開,只在電源處單點相連,防止產生干擾。

責任編輯:gt

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