隨著互連網(wǎng)的發(fā)展,，PC用戶大量增加,，辦公SOHO(Small Office,，Home Office)化逐漸成為可能。現(xiàn)在市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了許多面向SOHO應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)通信產(chǎn)品,。許多芯片制造廠商紛紛推出了自己的面向SOH0應(yīng)用的嵌入式網(wǎng)絡(luò)微處理器芯片,。美國(guó)Marvell公司生產(chǎn)的88E6218芯片是其中的一種?；谶@個(gè)芯片,，可以搭建一個(gè)低成本,、高性能的SOH0網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)平臺(tái),。通過(guò)在上層移植不同軟件，可以用于不同的SOHO網(wǎng)絡(luò)通信產(chǎn)品,，如SOHO路由器,、SOHO安全網(wǎng)關(guān)、SOHO交換機(jī)等等,。本文介紹88E6218芯片的主要特點(diǎn),，給出基于88E6218的SCHO網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)方法。

1 88E6218芯片結(jié)構(gòu)及主要特點(diǎn)

圖l為芯片內(nèi)部的結(jié)構(gòu)框圖,。 
                     


        88E6218是美國(guó)Marvell公司(寬帶通信半導(dǎo)體公司)生產(chǎn)的面向SOHO應(yīng)用的一款高性價(jià)比的嵌入式網(wǎng)絡(luò)微處理器,。該處理器具有以下一些主要特點(diǎn)：

◆芯片內(nèi)嵌ARM9E的CPU核，采用32位RISC體系,，帶有DSP指令擴(kuò)展,，最高工作頻率可達(dá)150 MHz，片內(nèi)有8 KB指令Cache、8 KB數(shù)據(jù)Cackc和8 KB數(shù)據(jù)RAM,。

◆芯片集成SDRAM和Flash存儲(chǔ)控制器,，支持與其他具有存儲(chǔ)器地址映射的外設(shè)相連接，包括DSP,。

◆SDRAM接口可以是16位(最大尋址深度32 MB)或32位(最大尋址深度64 MB)寬度,。Flash接口可以是8位、16位或32位,，最大尋址深度64 MB,。

◆芯片有內(nèi)部DMA控制器、看門(mén)狗定時(shí)器,、UART串行接口,、JTAG調(diào)試口以及4個(gè)外部片選引腳BOOTCS、M_CSO,、M_CS1,、M_CS2。

◆芯片帶有5個(gè)支持IEEE802.3的MAC(Media ACccss Layer,，媒體訪問(wèn)層)+PHY(Physical Layer,，物理層)接口(Port0~Port4)；1個(gè)多功能網(wǎng)絡(luò)接口(Port6),。該接口可配置為RMII(簡(jiǎn)化媒體獨(dú)立接口),、MII(媒體獨(dú)立接口)或SNI(業(yè)務(wù)接點(diǎn)接口)模式(支持200 Mbps全雙工，可直接與交換機(jī)或無(wú)線局域網(wǎng)互連),；1個(gè)內(nèi)部雙倍速M(fèi)II接口(Port5,，支持200 Mbps全雙工，可直接連接交換端口到CPU內(nèi)部的MAC),。

◆芯片提供基于QoS機(jī)制的快速以太網(wǎng)交換功能,，內(nèi)部采用擁有專(zhuān)利技術(shù)的UniMAC結(jié)構(gòu)，如圖2所示,，在88E6218內(nèi)部的CPU與多個(gè)快速以太網(wǎng)交換口之間形成高效的網(wǎng)絡(luò)接口,。

◆一款低功耗的CMOS芯片，可提供216條引腳的LQFP封裝,。

        綜上所述,，88E6218內(nèi)部功能強(qiáng)，外設(shè)接口豐富,，可以提供一個(gè)單芯片的S0HO路由器／安全網(wǎng)關(guān)解決方案,。 
                    


2 安全平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)

2.1 平臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)

圖3是基于88E6218的面向SOHO應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)平臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)框圖。

①電源電路,。輸入5 V,。經(jīng)過(guò)DC—DC變換,，分別給擻處理器提供1.5 V、2.5 V和3.3 V的電壓,。

②系統(tǒng)時(shí)鐘和復(fù)位電路,。25 MHz有源晶振經(jīng)過(guò)倍頻可為平臺(tái)提供多種不同的時(shí)鐘頻率；采用專(zhuān)門(mén)的微處理器監(jiān)控芯片為系統(tǒng)提供穩(wěn)定,、可靠的復(fù)位信號(hào),。 
                  

③微處理器，即88E6218,，是整個(gè)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的工作和控制中心,。

④BOOT Flash存儲(chǔ)器，用于存放系統(tǒng)的啟動(dòng)程序以及其他在系統(tǒng)掉電后需要保存的數(shù)據(jù),。

⑤StrataFlash存儲(chǔ)器,，用于存放嵌入式操作系統(tǒng)和各種用戶應(yīng)用程序。

⑥SDRAM存儲(chǔ)器,，是平臺(tái)為操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序提供的運(yùn)行空間,，也是程序運(yùn)行中大量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的緩存空間。

⑦網(wǎng)絡(luò)端口,。4個(gè)10／100 Mhps速率的RJ45接口,，為系統(tǒng)提供以太網(wǎng)接入的物理通道；1個(gè)WAN接口,，可配置為電口或光口,，本平臺(tái)為電口；1個(gè)MII接口,。

⑧RS232串口,，可作為系統(tǒng)的Console調(diào)試口或用于平臺(tái)與其他應(yīng)用系統(tǒng)的短距離雙向串行通信接口。

⑨JTAG接口,。通過(guò)該接口可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試,、編程等。

⑩系統(tǒng)總線擴(kuò)展,。引出數(shù)據(jù)總線,、地址總線和必需的控制總線,，便于用戶根據(jù)自身的特定需求,，擴(kuò)展外圍電路。

2.2 平臺(tái)主要硬件單元電路設(shè)計(jì)

        因力88E6218是一個(gè)面向SOHO應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)微處理器,，而且本文設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)主要用于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,，所以下面著重分析較重要的存儲(chǔ)器和網(wǎng)絡(luò)接口電路的工作原理和設(shè)計(jì)方法。

(1)Flash存儲(chǔ)器接口電路

        Flash存儲(chǔ)器具有低功耗,、大容量,、可整片或分扇區(qū)快速燒寫(xiě),、擦除，掉電后信息不丟失等特點(diǎn),，在各種嵌入式系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用,。本系統(tǒng)的Flash存儲(chǔ)器包括兩部分：一部分是用于存放系統(tǒng)啟動(dòng)程序的Boot Flash，其功能包括對(duì)平臺(tái)硬件的初始化和操作系統(tǒng)的引導(dǎo)等．考慮到啟動(dòng)程序一般容量不大,，這里選用了SST39SF040芯片,，單片提供8位數(shù)據(jù)寬度、512 KB存儲(chǔ)空間,。88E6218提供4個(gè)片選引腳,，其中BOOTCS專(zhuān)門(mén)用于Boot Flash存儲(chǔ)器的片選，直接與SST39SF040的CE相連,；SST39SF040地址總線A[0:18]與88E6218的地址總線M_A[0:18]相連;8位數(shù)據(jù)總線D[0:7]與88E6218的低8位數(shù)據(jù)總線M_D[0:7]相連,。另一部分是StrataFlash存儲(chǔ)器，用于存放操作系統(tǒng)和各種應(yīng)用程序,，在大多數(shù)應(yīng)用系統(tǒng)中,，選用1片16位的Flash存儲(chǔ)器芯片(單片容量有1 MB、2 MB,、4 MB,、8 MB等)構(gòu)建16位的Flash存儲(chǔ)系統(tǒng)已經(jīng)足夠，因此這里選用了Intel的28F320J3芯片,，單片提供16位數(shù)據(jù)寬度,、4 MB的存儲(chǔ)空間，將88E6218的M_CS2分配用于StrataFlash存儲(chǔ)器的片選,，直接與28F320J3的CE0相連,；88E6218輸出使能端OE接28F320J3的OE;寫(xiě)使能端WE接28F320J3的WE；將28F320J3模式選擇引腳BYTE上拉,，A0懸空,，使28F320J3工作在16位數(shù)據(jù)模式；28F320J3地址總線A[1:21]與88E6218的地址總線M_A[O:20]相連,；16位數(shù)據(jù)總線D[0:15]與88E6218的低16位數(shù)據(jù)總線M_D[0:15]相連,。具體電路連接如圖4所示。由于考慮到88E6218的帶負(fù)載能力,，所以把地址,、數(shù)據(jù)總線與部分控制信號(hào)線通過(guò)一級(jí)驅(qū)動(dòng)后再與目標(biāo)Flash存儲(chǔ)器相連。 
                                                  


(2)SDRAM接口電路

         與Flash存儲(chǔ)器相比較,，SDRAM(Synchronous Dynamic Random ACCeSS Memory,，同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器)雖然不具有掉電保持?jǐn)?shù)據(jù)的特性，但其存取速度大大高于Flash存儲(chǔ)器,，在系統(tǒng)中主要用作程序的運(yùn)行空間,。本系統(tǒng)中,，考慮到88E6218的內(nèi)部存儲(chǔ)控制器支持單片SDRAM的最大容量為128 MB，所以選用了現(xiàn)代的HY57V281620,，它的存儲(chǔ)容量為4組×2M×16位(16MB),，工作電壓為單3.3 V±O.3 V，16位數(shù)據(jù)寬度,。根據(jù)系統(tǒng)需求,，可構(gòu)建16位或32位的SDRAM存儲(chǔ)器系統(tǒng)，但為充分發(fā)揮32位CPU的數(shù)據(jù)處理能力,，大多數(shù)系統(tǒng)采用32位的SDRAM存儲(chǔ)器系統(tǒng),。本系統(tǒng)選用兩片HY57V281620并聯(lián)構(gòu)建32位的SDRAM存儲(chǔ)器系統(tǒng)，共32 MB的SDRAM空間,，可滿足嵌入式操作系統(tǒng)及各種相對(duì)較復(fù)雜的功能運(yùn)行要求,。圖5為兩片HY57V281620并聯(lián)構(gòu)建32位SDRAM存儲(chǔ)器系統(tǒng)的框圖，其中一片為高16位,，另一片為低16位,，將88E6218的M_CS0分配用于 SDRAM 存儲(chǔ)器的片選， 直接與 2 片HY57V281620HCT的CS相連,；M_CS1保留,，可根據(jù)需要利用它將SDRAM存儲(chǔ)器容量擴(kuò)展到64M存儲(chǔ)空間。2片HY57V281620的芯片時(shí)鐘輸入端CLK接88E6218的M_CLK_OUT端,；2片HY57V281620的時(shí)鐘使能CKE端直接上拉,；2片HY57V281620的行地址鎖存RAS、列地址鎖存CAS,、寫(xiě)使能端WE分別接88E6218的RAS端,、CAS端、WE端,，2片HY57V281620的地址總線A[0:11]接88E6218的地址總線M_A[0:11],；2片HY57V281620的組地址選擇BAO、BA1,，接88E6218的地址總線M_Al3,、M_A14；高16位HY57V281620芯片的數(shù)據(jù)總線D[0:15]接88E6218數(shù)據(jù)總線的高16位M_D[16:31],，數(shù)據(jù)I／O屏蔽引腳UDQM,、LDQM分別接88E6218的DQM3、DQM2;低16位HY57V281620芯片的D[0:15]接88E6218數(shù)據(jù)總線的低16位M_D[O:l5],，數(shù)據(jù)I／O屏蔽引腳UDQM,、LDQM分別接88E6218的DQM1,、DQM0,。具體電路連接如圖5所示,。                   
                            
(3)網(wǎng)絡(luò)接口電路

        以太網(wǎng)接口可分為協(xié)議層和物理層．協(xié)議層是由一個(gè)叫MAC的單一模塊實(shí)現(xiàn)的。物理層由兩部分組成,，即PHY和傳輸器,。常見(jiàn)的是把MAC和PHY集成在一個(gè)設(shè)備中。目前常見(jiàn)的以太網(wǎng)接口芯片,，如RTL8019,、CS8900、DM9008等,，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也主要包含這兩部件,，由于88E6218內(nèi)部集成了5個(gè)MAC+PHY接口(Port0~t4)，所以不需另選以太網(wǎng)接口芯片而直接通過(guò)選擇合適的網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器加上RJ45連接器就可在半雙工或劍雙工模式下提供5個(gè)10/100Mbps的以太網(wǎng)接入通路,。其中Porrt0口還支持100BASE-FX,，可通過(guò)選擇合適的光收發(fā)模塊芯片提供光口接入通道。本平臺(tái)選用了PPP的PM4G-100GH器件,。它是一個(gè)100M四口變壓器芯片,，可用于Portl~Port4口的網(wǎng)絡(luò)連接；還選用了一個(gè)單口的100M變壓器芯片SF45-1096F,，用于PortO口的網(wǎng)絡(luò)連接,。其中Portl~Port4網(wǎng)口配置為SWITCH(交換墻口)模式，PortO網(wǎng)口配置為NIC(標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口卡)模式,。此外平臺(tái)利用88E6218的Port6口提供一個(gè)高速的MII接口,。該接口可配置為單獨(dú)的MII MAC模式或MIIPHY模式，能夠直接與外部具有MII接口的PHY模塊或MAC模塊互連,，具體電路連接如圖6所示,。 
                              
2.3 平臺(tái)PCB設(shè)計(jì)

        系統(tǒng)中，88E6218的片內(nèi)工作頻率可達(dá)150 MHz,，其以太網(wǎng)接口電路的工作速率更高達(dá)100 MHz以上,，因此，在PCB設(shè)計(jì)過(guò)程中,，應(yīng)該遵循高頻電路設(shè)計(jì)的基本原則,。首先應(yīng)注意電源的質(zhì)量與分配，其次要注意信號(hào)線的分布,。

(1)電源質(zhì)量與分配

        在設(shè)計(jì)PCB板時(shí),，給各個(gè)單元電路提供高質(zhì)量的電源，會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性大幅度提高,。一般應(yīng)在電源進(jìn)入印制電路板的位置和靠近各器件的電源引腳處加上幾十到幾百μF的電容,，以濾除電源噪聲。還要注意在器件的電源和地之間加上0.1μF左右的電容,，用來(lái)濾除元器件工作時(shí)產(chǎn)生的高頻噪聲,。由于系統(tǒng)存在多種不同電源,，考慮到雙面PCB板電源供給采用電源總線的方式，受到電路板面積的限制,，一般存在較大的直流電阻,。所以為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，通常采用多層板,，并且專(zhuān)門(mén)拿出一層作為電源層而不在其上布信號(hào)線,。由于電源層遍及電路板的全面積，因此直流電阻非常小,，可以有效地降低噪聲,。

(2)同類(lèi)型信號(hào)線的分布

        在設(shè)計(jì)PCB時(shí)，對(duì)于處理器的輸入輸出信號(hào)中的數(shù)據(jù)線,、地址線等相同類(lèi)型的線應(yīng)該成組,、平行分布，并保持它們之間的長(zhǎng)短差異不要太大,。采用這種方式布線,，既可以減少干擾，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性,，還可以簡(jiǎn)化布線,，使PCB板的外形美觀。對(duì)一些高頻的并且走線距離相對(duì)較長(zhǎng)的信號(hào)線應(yīng)考慮添加適當(dāng)?shù)亩私与娮?，以減少反射干擾,。

3 平臺(tái)的開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀及應(yīng)用前景

        現(xiàn)在平臺(tái)已經(jīng)搭建完畢，硬件調(diào)試獲得成功,，并且在平臺(tái)上順利完成了ARMBO0T軟件的移植工作,。該平臺(tái)具有低成本、高性能,、通用性好等特點(diǎn),，可以直接用宋進(jìn)行SOHO路由器和網(wǎng)關(guān)等多種網(wǎng)絡(luò)功能的研究和開(kāi)發(fā)。還可通過(guò)在總線上擴(kuò)展專(zhuān)用ASIC芯片,，將平臺(tái)用于高端網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)品開(kāi)發(fā),。目前正在將平臺(tái)用于SOHO VPN網(wǎng)關(guān)的低端產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。