隨著計(jì)算機(jī)性能的提高及通信量的聚增,，傳統(tǒng)局域網(wǎng)已經(jīng)越來(lái)越超出了自身負(fù)荷,，交換式以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,，大大提高了局域網(wǎng)的性能。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)能顯著的增加帶寬,，可以建立地理位置相對(duì)分散的網(wǎng)絡(luò),。局域網(wǎng)交換機(jī)的每個(gè)端口可并行、安全,、實(shí)時(shí)傳輸信息,，而且性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)靈活,、易于安裝,、便于管理，能很好地滿足企業(yè)網(wǎng)和電信運(yùn)營(yíng)商寬帶接入的需求,。

1 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的硬件設(shè)計(jì)

隨著人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的安全性和高帶寬的需求,，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的用途越來(lái)越廣。本交換機(jī)采用了AL101芯片的ROX總線,，將3個(gè)8口交換芯片連接起來(lái),，組成了1個(gè)24端口交換機(jī)，滿足了用戶對(duì)多交換端口的需求,。

1.1 電路性能要求

交換機(jī)的高速PCB電路板,，在EMC和ESD上都有比較高的要求。它采用了75MHz,、50MHz的高速時(shí)鐘,，需要晶振的精度小于50PPM，同時(shí)時(shí)鐘需要通過(guò)時(shí)鐘分配電路送給不同的芯片,，它需要分配的時(shí)鐘之間的相位差小于2ns,。

交換機(jī)有24個(gè)10/100M自適應(yīng)端口，每個(gè)端口都能達(dá)到線速交換,。根據(jù)用戶需要可對(duì)端口進(jìn)行10/100M速率,、全/半雙工、流量控制,、靜態(tài)MAC地址,、鏡像、VLAN等設(shè)置,。

1.2 交換機(jī)的原理框圖

本交換機(jī)的交換技術(shù)采用存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)方式，主要由接口單元,、交換單元,、管理單元、燈顯示單元和電源接口單元五部分組成,。其組成的方框圖如圖1所示,。
 

RJ45接口收到以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)包后,，經(jīng)過(guò)變壓器隔離和阻抗匹配后送到PHY(物理接口芯片)，在此芯片中完成模擬信號(hào)到RMII接口的數(shù)字信號(hào)的變換,，并獲得鏈路狀態(tài),、沖突、信息是否超長(zhǎng),，速率等信息,。
 

數(shù)據(jù)進(jìn)入交換芯片(由三個(gè)芯片組成，通過(guò)ROX總線形成一個(gè)環(huán)路,，可以完成數(shù)據(jù)在三個(gè)芯片之間的交換),，交換芯片將獲得數(shù)據(jù)的目的地址和源地址，并對(duì)以太網(wǎng)幀進(jìn)行差錯(cuò)校驗(yàn),。交換芯片將源地址保存在自己的MAC地址表中,，然后將目的地址與MAC地址表中的地址相匹配，以獲取數(shù)據(jù)將轉(zhuǎn)發(fā)的相應(yīng)端口,。如果目的端口在同一個(gè)交換芯片中,，則從SGRAM中取出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的端口；如果目的端口不在同一個(gè)交換芯片中,，數(shù)據(jù)則通過(guò)ROX總線傳輸?shù)较鄳?yīng)的交換芯片,，然后轉(zhuǎn)發(fā)出去；如果在MAC地址表中沒(méi)有找到相應(yīng)的目的地址,，就將幀轉(zhuǎn)發(fā)到除源端口之外的其它屬于同一VLAN的所有端口或者某一個(gè)上連端口(與交換芯片寄存器的設(shè)置有關(guān)),。

燈的顯示由PHY給出，通過(guò)燈的顯示可以觀察每個(gè)端口的工作速率,、連接和數(shù)據(jù)收發(fā)等情況,。

交換芯片在每次開(kāi)機(jī)或復(fù)位期間，首先讀取外接EEPROM的內(nèi)容來(lái)對(duì)交換芯片寄存器進(jìn)行初始化配置,。而交換芯片寄存器的內(nèi)容可以通過(guò)PC的管理程序或PC的超級(jí)終端進(jìn)行讀寫(xiě),，以此來(lái)控制或讀取交換機(jī)的工作配置。

2 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)系統(tǒng)的軟件包括單片機(jī)的控制軟件,、EEPROM配置數(shù)據(jù)和PC機(jī)的管理程序,。

單片機(jī)的控制軟件主要完成對(duì)寄存器的讀寫(xiě)和與PC之間的通信。通過(guò)這個(gè)管理單元,，可以將交換機(jī)配成各種工作模式,，以滿足不同用戶的需求。

交換芯片通過(guò)I2C總線連接EEPROM(24C02),，用于保存配置數(shù)據(jù),。在設(shè)備開(kāi)機(jī)或者復(fù)位時(shí)，設(shè)備將從EEPROM讀出這些數(shù)據(jù),，用于系統(tǒng)初始化,。

PC機(jī)的管理程序是用戶將PC機(jī)的串口與系統(tǒng)設(shè)備連接,，通過(guò)PC機(jī)的管理程序界面，很容易地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行配置,。

2.1 單片機(jī)控制的軟件設(shè)計(jì)

管理單元由單片機(jī)和串口組成,，通過(guò)PC來(lái)配置EEPROM或交換芯片的寄存器。單片機(jī)主要完成對(duì)寄存器的讀寫(xiě)和與PC之間的通信,，串口起到一個(gè)與PC的連接作用,，微制控器與串口之間還有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換芯片，完成微控制器與PC之間信號(hào)的轉(zhuǎn)換,。通過(guò)管理單元,，可以將交換機(jī)配成各種工作模式，以滿足不同用戶的需求,，如：10/100M速率設(shè)置,、全/半雙工設(shè)置、流量控制,、靜態(tài)MAC地址設(shè)置,，鏡像設(shè)置，廣播風(fēng)暴控制,，VLAN設(shè)置等,。單片機(jī)的軟件流程如圖2所示。
 

3 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的性能測(cè)試

對(duì)本交換機(jī)進(jìn)行常溫(25℃)12小時(shí)性能測(cè)試,，測(cè)試儀表為Smartbits2000,，共測(cè)了通透率、延時(shí),、丟包率和背靠背4項(xiàng),，<--StartFragment -->測(cè)試結(jié)果如表1所列。