IP175C芯片及5口網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)原理介紹

5端口以太網(wǎng)交換機(jī)

原理介紹

網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)交換機(jī)是一個(gè)具有簡(jiǎn)化、低價(jià)、高性能和高端口密集特點(diǎn)的交換產(chǎn)品，體現(xiàn)了橋接技術(shù)的復(fù)雜交換技術(shù)在OSI參考模型的第二層操作。交換機(jī)按每一個(gè)包中的MAC地址相對(duì)簡(jiǎn)單地決策信息轉(zhuǎn)發(fā)。而這種轉(zhuǎn)發(fā)決策一般不考慮包中隱藏的更深的其他信息。交換機(jī)擁有許多端口，每個(gè)端口有自己的專用帶寬，并且可以連接不同的網(wǎng)段。交換機(jī)各個(gè)端口之間的通信是同時(shí)的、并行的，這就大大提高了信息吞吐量。

網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)利用交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)微分段技術(shù)，可以將一個(gè)大型的共享式局域網(wǎng)的用戶分成許多獨(dú)立的網(wǎng)段，減少競(jìng)爭(zhēng)帶寬的用戶數(shù)量，增加每個(gè)用戶的可用帶寬，從而緩解共享網(wǎng)絡(luò)的擁擠狀況。傳統(tǒng)的交換機(jī)本質(zhì)上是具有流量控制能力的多端口網(wǎng)橋，即傳統(tǒng)的（二層）交換機(jī)。是基于IP地址和協(xié)議進(jìn)行交換的。后來(lái)把路由技術(shù)引入交換機(jī)，可以完成網(wǎng)絡(luò)層路由選擇，故稱為三層交換。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)IP175C芯片介紹IP175C芯片介紹

概述

IP175C是ICPLUS公司的一個(gè)5端口以太網(wǎng)交換芯片，它集成6個(gè)交換控制器口、SSRAM和5個(gè)10/100M以太網(wǎng)口，每個(gè)接口支持IEEE802.3、IEE802.3u、IEE802.3x規(guī)范，芯片采用0.18um工藝，128-PQFP封裝，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。

IP175C芯片介紹

IP175C工作在存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)模式。它支持?jǐn)?shù)據(jù)流量控制、自適應(yīng)MDI/MDI-X、

CoS（優(yōu)先級(jí)序列）、基于端口的VLAN、帶寬控制、Diff-Serv（差分服務(wù)）等功能。每個(gè)接口都能由EEPROM通過(guò)I2C總線或在指定管腳使用上/下拉電阻配置成自適應(yīng)或強(qiáng)制10M/100M，全雙工/半雙工模式。IP175C芯片介紹

除了用做5口交換機(jī)以外，IP175C還可做為支持最多3個(gè)MII接口的路由器使用，可配置成4個(gè)LAN口和1個(gè)WAN口。IP175C既可做為MAC使用也可做為PHY使用。做為MAC使用時(shí)IP175C可通過(guò)MII口配置外部PHY設(shè)備，做為PHY使用時(shí)外部MAC設(shè)備也可通過(guò)MII口來(lái)配置IP175C。IP175C芯片介紹

基本應(yīng)用

2.1應(yīng)用2.1.15口交換機(jī)應(yīng)用

當(dāng)IP175C的74腳（P4EXT）被拉低時(shí)，所有的MII口被禁用，這時(shí)IP175C就做為一個(gè)5口交換機(jī)使用，在本應(yīng)用時(shí)MAC5未使用。如圖2.1所示：

IP175C芯片介紹

圖2.1IP175C芯片介紹

2.1.2一個(gè)MII接口路由器的應(yīng)用IP175C可被配置成：4個(gè)WAN口＋1個(gè)LAN口，3個(gè)WAN口＋2個(gè)LAN口，2個(gè)WAN口＋3個(gè)LAN口，1個(gè)WAN口＋4個(gè)LAN口，管腳配置如表1：表2.1IP175C芯片介紹

圖2.2

IP175C芯片介紹

2.1.2兩個(gè)MII接口路由器的應(yīng)用

表2.2圖2.3IP175C芯片介紹

表2.3圖2.4IP175C芯片介紹

2.1.2三個(gè)MII接口路由器的應(yīng)用

表2.4圖2.5IP175C芯片介紹

2.2管腳描述

管腳號(hào)管腳名管腳描述系統(tǒng)初始化設(shè)置

120REG_OUT校準(zhǔn)器輸出。內(nèi)部線性校準(zhǔn)器用這個(gè)管腳控制外部晶體管產(chǎn)生一個(gè)1.7～2.0V的電壓供IP175C內(nèi)核。IP175C用DVCC/AVCC作為反饋電壓116REG_HIGH校準(zhǔn)器輸出選擇。接GND時(shí)為IP175C用一組電源供電，接VCC是IP175C用兩組電源供電102BF_STM_EN廣播風(fēng)暴保護(hù)使能1：使能0：禁止當(dāng)端口接收的廣播包大于MII口寄存器30.11[15：14]或EEPROM寄存器59[7：6]設(shè)置的值時(shí)，端口就禁止接收廣播包IP175C芯片介紹

管腳號(hào)管腳名管腳描述系統(tǒng)初始化設(shè)置

101LINK_QLink質(zhì)量指示。1：使能0：關(guān)閉如果該功能使能，在接收信號(hào)低于正常工作的值時(shí)，link燈就以2秒間隔閃爍100X_ENIEEE802.3X支持。1：使能(default)0：關(guān)閉69FILTER_RSV_DA用預(yù)留MAC地址打包。1：預(yù)留打包0：快速打包（default）P4EXT為低時(shí)有效66LONG_PKT最大包長(zhǎng)設(shè)置。1：1552bytes0：1536bytesP4EXT為低時(shí)有效65AGING地址改變監(jiān)視。1：使能，每280s檢測(cè)一次地址0：關(guān)閉

P4EXT為低時(shí)有效IP175C芯片介紹

管腳號(hào)管腳名管腳描述系統(tǒng)初始化設(shè)置

64P4_HIGH設(shè)置端口4為高優(yōu)先級(jí)。1：使能

0：關(guān)閉（default）P4EXT為低是有效63COS_EN外部設(shè)備分類。優(yōu)先處理有高優(yōu)先級(jí)標(biāo)志的包。1：使能0：關(guān)閉（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芯片介紹

管腳號(hào)管腳名管腳描述MII口設(shè)置

74P4EXTMII口使能。1：MII口使能0：MII口關(guān)閉，IP175C作為一個(gè)5口交換機(jī)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：關(guān)閉P4EXT為低是有效IP175C芯片介紹

管腳號(hào)管腳名管腳描述MII口設(shè)置

96MII0_MAC_MODMII0口模式設(shè)置。1：MII0口作為MAC，外部應(yīng)連接一個(gè)PHY設(shè)備0：MII0口作為PHY，外部應(yīng)連接一個(gè)MAC設(shè)備（default）54MII1_PHY_MODMII1口模式設(shè)置。1：MII1口連接到PHY4，外部應(yīng)連接一個(gè)MAC設(shè)備0：MII1口連接到MAC4，外部應(yīng)連接一個(gè)PHY設(shè)備111MII2_MAC_MODMII2口模式設(shè)置1：MII0口作為MAC外部應(yīng)連接一個(gè)PHY設(shè)備0：MII0口作為PHY外部應(yīng)連接一個(gè)MAC設(shè)備（default）IP175C芯片介紹

管腳號(hào)管腳名管腳描述MII口設(shè)置

113MII2_ENMII2口使能

1：使能0：關(guān)閉75P4MII_SNIMII0口設(shè)置1：SNI接口0：MII接口（default）51MII1_DISMII1口設(shè)置

1：關(guān)閉MII1口0：?jiǎn)⒂肕II1口MII口接口89MII0_RXCLKMII0口接收時(shí)鐘81MII0_TXCLKMII0口發(fā)送時(shí)鐘MII0_RXCLK和MII0_TXCLK用同一個(gè)時(shí)鐘源，相位也相同IP175C芯片介紹

管腳號(hào)管腳名管腳描述MII口接口80797877TXD0_0TXD0_1TXD0_2TXD0_3MII0口發(fā)送數(shù)據(jù)線76TXEN0MII0口發(fā)送使能90COL0MII0口沖突檢測(cè)84RXDV0MII0口數(shù)據(jù)接收打開(kāi)88878685RXD0_0RXD0_1RXD0_2RXD0_3MII0口接收數(shù)據(jù)線IP175C芯片介紹

管腳號(hào)管腳名管腳描述端口模式設(shè)置

85，76P4_FORCE端口4工作模式選擇。1：強(qiáng)制模式0：自適應(yīng)模式MII0是PHY模式時(shí)設(shè)置85腳MII0是MAC模式時(shí)設(shè)置76腳86，77P3_FORCE端口3工作模式選擇。1：強(qiáng)制模式0：自適應(yīng)模式MII0是PHY模式時(shí)設(shè)置86腳MII0是MAC模式時(shí)設(shè)置77腳87，78P2_FORCE端口2工作模式選擇。1：強(qiáng)制模式0：自適應(yīng)模式MII0是PHY模式時(shí)設(shè)置87腳MII0是MAC模式時(shí)設(shè)置78腳IP175C芯片介紹

管腳號(hào)管腳名管腳描述端口模式設(shè)置

88，79P1_FORCE端口1工作模式選擇。1：強(qiáng)制模式0：自適應(yīng)模式MII0是PHY模式時(shí)設(shè)置88腳MII0是MAC模式時(shí)設(shè)置79腳90，80P0_FORCE端口0工作模式選擇。1：強(qiáng)制模式0：自適應(yīng)模式MII0是PHY模式時(shí)設(shè)置90腳MII0是MAC模式時(shí)設(shè)置80腳103P4_FORCE100端口4速率選擇。1：強(qiáng)制100M0：強(qiáng)制10M（default）MII2_EN為高電平時(shí)，該功能被關(guān)閉IP175C芯片介紹

管腳號(hào)管腳名管腳描述端口模式設(shè)置

104P3_FORCE100端口3速率選擇。1：強(qiáng)制100M0：強(qiáng)制10M（default）MII2_EN為高電平時(shí)，該功能被關(guān)閉105P2_FORCE100端口2速率選擇。1：強(qiáng)制100M0：強(qiáng)制10M（default）MII2_EN為高電平時(shí)，該功能被關(guān)閉106P1_FORCE100端口1速率選擇。1：強(qiáng)制100M0：強(qiáng)制10M（default）MII2_EN為高電平時(shí)，該功能被關(guān)閉107P0_FORCE100端口0速率選擇。1：強(qiáng)制100M0：強(qiáng)制10M（default）MII2_EN為高電平時(shí)，該功能被關(guān)閉IP175C芯片介紹

管腳號(hào)管腳名管腳描述108P4_FORCE_FULL端口4傳輸模式設(shè)置。1：強(qiáng)制全雙工0：強(qiáng)制半雙工MII2_EN為高電平時(shí)，該功能被關(guān)閉109P3_FORCE_FULL端口3傳輸模式設(shè)置。1：強(qiáng)制全雙工0：強(qiáng)制半雙工MII2_EN為高電平時(shí)，該功能被關(guān)閉110P2_FORCE_FULL端口2傳輸模式設(shè)置。1：強(qiáng)制全雙工0：強(qiáng)制半雙工MII2_EN為高電平時(shí)，該功能被關(guān)閉111P1_FORCE_FULL端口1傳輸模式設(shè)置。1：強(qiáng)制全雙工0：強(qiáng)制半雙工MII2_EN為高電平時(shí)，該功能被關(guān)閉112P0_FORCE_FULL端口0傳輸模式設(shè)置。1：強(qiáng)制全雙工0：強(qiáng)制半雙工MII2_EN為高電平時(shí)，該功能被關(guān)閉IP175C芯片介紹

管腳號(hào)管腳名管腳描述傳輸接口

127，12811，12

18，1929，3033，34

RXIP0，RXIM0,RXIP1，RXIM1,RXIP2，RXIM2,RXIP3，RXIM3,RXIP4，RXIM4雙絞線數(shù)據(jù)接收3，48，921，2226，2737，38

TXOP0，TXOM0，TXOP1，TXOM1，TXOP2，TXOM2，TXOP3，TXOM3，TXOP4，TXOM4雙絞線數(shù)據(jù)發(fā)送15BGRES配置電阻。通過(guò)6.19k電阻接地IP175C芯片介紹

管腳號(hào)管腳名管腳描述混合123X1系統(tǒng)時(shí)鐘輸入或晶體振蕩器輸入122X2晶體振蕩器輸出93RESETB系統(tǒng)復(fù)位，低電平有效52TEST2測(cè)試模式使能。正常工作時(shí)應(yīng)接地EEPROM53SCLEEPROM時(shí)鐘腳54SDAEEPROM數(shù)據(jù)傳輸腳MII管理接口71，70MDC0,MDIO0MII0管理接口113，74MDC1,MDIO1MII1管理接口IP175C芯片介紹

功能描述3.1流量控制IP175C芯片的發(fā)送和接收都支持標(biāo)準(zhǔn)802.3X流量控制協(xié)議。在接收側(cè)，如果IP175C收到一個(gè)暫停數(shù)據(jù)幀，它就延遲發(fā)送下一個(gè)正常數(shù)據(jù)幀。在發(fā)送側(cè)，當(dāng)目的端口溢出時(shí)，IP175C就發(fā)送一個(gè)暫停數(shù)據(jù)幀給遠(yuǎn)端。當(dāng)CoS使能時(shí)，IP175C可以關(guān)閉流量控制一段時(shí)間，以保證高優(yōu)先級(jí)包的帶寬。當(dāng)一端口收到一個(gè)高優(yōu)先級(jí)包時(shí)，就關(guān)閉流量控制功能2～3秒鐘。此時(shí)IP175C不發(fā)送暫停數(shù)據(jù)幀和擁塞標(biāo)志，但仍然應(yīng)答對(duì)方的暫停數(shù)據(jù)幀和擁塞標(biāo)志。IP175C芯片介紹

3.2廣播風(fēng)暴保護(hù)

當(dāng)主機(jī)系統(tǒng)響應(yīng)一個(gè)在網(wǎng)上不斷循環(huán)的報(bào)文分組或者試圖響應(yīng)一個(gè)沒(méi)有應(yīng)答的系統(tǒng)時(shí)就會(huì)發(fā)生廣播風(fēng)暴。一般為了改變這種狀態(tài)，請(qǐng)求或者響應(yīng)分組源源不斷地產(chǎn)生出來(lái)，常使情況變得更糕。隨著網(wǎng)絡(luò)上分組數(shù)目的增加，擁塞會(huì)隨之出現(xiàn)，從而降低網(wǎng)絡(luò)的性能以至于使之陷入癱瘓。IP175C具有廣播風(fēng)暴保護(hù)功能。如果IP175C接收到的廣播包大于MII口寄存器30.11【15：14】或EEPROM寄存器59【7：6】bq_stm_se[1:0]定義的極限值時(shí)，就停止接收廣播包。該功能通過(guò)拉高IP175C的102腳（BF_STM_EN）或用程序設(shè)置MII口寄存器29來(lái)啟用。

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3.3端口鎖定IP175C支持端口鎖定功能，并且每個(gè)端口可單獨(dú)配置，通過(guò)MII口寄存器30或EEPROM寄存器57。如果該功能啟用IP175C在第一次鎖定MAC地址后，任何與此MAC地址不同的包都被禁止接收。IP175C芯片介紹

3.4端口VLAN功能虛擬局域網(wǎng)（VLAN），是英文VirtualLocalAreaNetwork的縮寫(xiě)，是指網(wǎng)絡(luò)中的站點(diǎn)不拘泥于所處的物理位置，而可以根據(jù)需要靈活地加入不同的邏輯子網(wǎng)中的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。IP175C支持端口VLAN功能。IP175C的端口可以劃分成多個(gè)邏輯子網(wǎng)。該功能啟用后，不同組的端口之間不能相互通訊，虛擬局域網(wǎng)中的站點(diǎn)所發(fā)送的廣播數(shù)據(jù)包將僅轉(zhuǎn)發(fā)至屬于同一VLAN的站點(diǎn)。

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3.5MII/RMII接口IP175C可支持最大3個(gè)MII/RMII接口。器功能框圖見(jiàn)圖3.1，詳細(xì)配置見(jiàn)表3.1.需要注意的是MII2口和MII1口MAC模式不能同時(shí)使用。也就是說(shuō)如果IP175C的第54腳（MII1_PHY_MOD）被拉低，用戶就不能使用MII2口。圖3.1IP175C芯片介紹

表3.1IP175C芯片介紹

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等結(jié)構(gòu)。下面以4LAN+1WAN為例說(shuō)明該功能。IP175C芯片介紹

3.6.1從LAN口發(fā)數(shù)據(jù)包到WAN口

1.PC0發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包到LAN口，SA是PC0，PVID沒(méi)有或?yàn)?。

2.IP175C收到后重新打包，將PVID置為1，通過(guò)MII口發(fā)送到CPU。

3.CPU重置SA鎖定PC3的地址，并將PVID置為2再發(fā)送給IP175C。

4.IP175C再發(fā)給端口4（WAN口）。圖3.2IP175C芯片介紹

3.6.2從WAN口發(fā)數(shù)據(jù)包到LAN口1.WAN口從PC3接收一個(gè)數(shù)據(jù)包。2.IP175C將PVID置為2后將數(shù)據(jù)包通過(guò)MII口發(fā)給CPU。3.CPU更新DA為PC0的地址，并將PVID的值改為1，然后發(fā)給IP175C。4.IP175C學(xué)習(xí)SA地址。5.IP175C將數(shù)據(jù)包按照DA的地址發(fā)給端口0。

圖3.3IP175C芯片介紹

3.8.1基于端口的優(yōu)先級(jí)隊(duì)列如果端口被設(shè)置為高優(yōu)先級(jí)，在接收時(shí)其它端口則優(yōu)先接收該端口的數(shù)據(jù)幀。此功能通過(guò)設(shè)置MII寄存器29.19～29.21或EEPROM寄存器14～18來(lái)啟用。每個(gè)端口可單獨(dú)設(shè)置。3.8.2基于數(shù)據(jù)幀的優(yōu)先級(jí)隊(duì)列如果該功能啟用，IP175C將檢查數(shù)據(jù)幀相應(yīng)位，然后將有高優(yōu)先級(jí)標(biāo)志的包放入高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，以便在傳輸時(shí)給有高優(yōu)先級(jí)的包分配更多的帶寬。該功能可通過(guò)MII寄存器29.12～29.21或EEPROM寄存器14～18來(lái)啟用，并且每個(gè)口可單獨(dú)設(shè)置。IP175C芯片介紹

3.9LED串行模式

當(dāng)MII/RMII2被啟用后，就沒(méi)有足夠的管腳連接LED，IP175C可將LED指示信息通過(guò)管腳111（SCLK）和112（SDATA）發(fā)出，外部連接一個(gè)TTL芯片來(lái)解碼并驅(qū)動(dòng)LED，具體應(yīng)用見(jiàn)圖3.4

IP175

圖3.4IP175C芯片介紹

3.10串行管理接口（SMI）

IP175C提供2個(gè)串行管理接口。用戶可通過(guò)該接口訪問(wèn)IP175C的MII寄存器。為了能正常訪問(wèn)MII寄存器，MDC要至少比MDIO多一個(gè)時(shí)鐘周期，也就是說(shuō)，一個(gè)完整的命令包含32位MDIO數(shù)據(jù)和至少33個(gè)MDC時(shí)鐘周期。該接口被禁止時(shí)，MDIO變成高阻狀態(tài)。IP175C如外部接一PHY設(shè)備，就通過(guò)SMI接口讀取PHY設(shè)備狀態(tài)。SMI只能接一個(gè)MAC，但可接多個(gè)PHY設(shè)備。見(jiàn)圖3.5

IP175C芯片介紹

圖3.5IP175C芯片介紹

3.11系統(tǒng)復(fù)位IP175C有3種復(fù)位方式：硬復(fù)位當(dāng)IP175C的第93腳（RESETB）被拉低至少5ms后，IP175C就開(kāi)始復(fù)位，復(fù)位后從EEPROM（24C01A）中取初始化值。軟復(fù)位硬復(fù)位后，用戶可以通過(guò)SMI接口將16h寫(xiě)入寄存器0來(lái)進(jìn)行軟復(fù)位，這時(shí)IP175C復(fù)位所有PHY以及交換機(jī)，但不從EEPROM中取初始化值。PHY復(fù)位如將MII寄存器0的第15位寫(xiě)入“1”就復(fù)位PHY。PHY地址從0～4分別指0～4端口。IP175C芯片介紹

3.12帶寬控制

IP175C提供帶寬控制機(jī)制以便在一個(gè)限制帶寬的網(wǎng)絡(luò)中管理或控制數(shù)據(jù)速率，通過(guò)控制進(jìn)口和出口速率，為本地網(wǎng)絡(luò)提供一個(gè)帶寬管理解決方案，并可快速分配上行或下行速率，以保證使用者的帶寬有一個(gè)寬范圍。IP175C通過(guò)定義MII寄存器31.2～31.0或EEPROM寄存器95～90可為每個(gè)端口分配帶寬，每個(gè)端口進(jìn)/出口速率為128kbps～8Mbps。5口網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)

原理介紹5口以太網(wǎng)交換機(jī)原理介紹

1.概述

本設(shè)計(jì)采用ICPlus公司的IP175C單片以太網(wǎng)交換芯片系統(tǒng)框圖如下：5口以太網(wǎng)交換機(jī)原理介紹

2.系統(tǒng)原理2.1系統(tǒng)電源MC34063A（安森美）是一種用于DC－DC電源變換的集成電路，應(yīng)用比較廣泛，通用廉價(jià)易購(gòu)。有3種工作模式，分別為：1：極性反轉(zhuǎn)。2：升壓。3:降壓。極性反轉(zhuǎn)效率最高65％，升壓效率最高90％，降壓效率最高８０％。MC34063A的基本特性如下：輸入電壓范圍：2.5V～40V輸出電壓范圍：1.25V～40V開(kāi)關(guān)頻率：最大100KH最大輸出電流：1.5A功率：1.25W工作溫度：0～70度封裝：DIP8和SO85口以太網(wǎng)交換機(jī)