5端口以太網交換機

原理介紹

網絡交換機網絡交換機交換機是一個具有簡化、低價、高性能和高端口密集特點的交換產品，體現了橋接技術的復雜交換技術在OSI參考模型的第二層操作。交換機按每一個包中的MAC地址相對簡單地決策信息轉發。而這種轉發決策一般不考慮包中隱藏的更深的其他信息。交換機擁有許多端口，每個端口有自己的專用帶寬，并且可以連接不同的網段。交換機各個端口之間的通信是同時的、并行的，這就大大提高了信息吞吐量。

網絡交換機利用交換機的網絡微分段技術，可以將一個大型的共享式局域網的用戶分成許多獨立的網段，減少競爭帶寬的用戶數量，增加每個用戶的可用帶寬，從而緩解共享網絡的擁擠狀況。傳統的交換機本質上是具有流量控制能力的多端口網橋，即傳統的（二層）交換機。是基于IP地址和協議進行交換的。后來把路由技術引入交換機，可以完成網絡層路由選擇，故稱為三層交換。網絡交換機網絡交換機IP175C芯片介紹IP175C芯片介紹

概述

IP175C是ICPLUS公司的一個5端口以太網交換芯片，它集成6個交換控制器口、SSRAM和5個10/100M以太網口，每個接口支持IEEE802.3、IEE802.3u、IEE802.3x規范，芯片采用0.18um工藝，128-PQFP封裝，具有較強的抗干擾能力。

IP175C芯片介紹

IP175C工作在存儲轉發模式。它支持數據流量控制、自適應MDI/MDI-X、

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

除了用做5口交換機以外，IP175C還可做為支持最多3個MII接口的路由器使用，可配置成4個LAN口和1個WAN口。IP175C既可做為MAC使用也可做為PHY使用。做為MAC使用時IP175C可通過MII口配置外部PHY設備，做為PHY使用時外部MAC設備也可通過MII口來配置IP175C。IP175C芯片介紹

基本應用

2.1應用2.1.15口交換機應用

當IP175C的74腳（P4EXT）被拉低時，所有的MII口被禁用，這時IP175C就做為一個5口交換機使用，在本應用時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MII接口路由器的應用IP175C可被配置成：4個WAN口＋1個LAN口，3個WAN口＋2個LAN口，2個WAN口＋3個LAN口，1個WAN口＋4個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MII接口路由器的應用

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MII接口路由器的應用

表2.4圖2.5IP175C芯片介紹

2.2管腳描述

管腳號管腳名管腳描述系統初始化設置

120REG_OUT校準器輸出。內部線性校準器用這個管腳控制外部晶體管產生一個1.7～2.0V的電壓供IP175C內核。IP175C用DVCC/AVCC作為反饋電壓116REG_HIGH校準器輸出選擇。接GND時為IP175C用一組電源供電，接VCC是IP175C用兩組電源供電102BF_STM_EN廣播風暴保護使能1：使能0：禁止當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]設置的值時，端口就禁止接收廣播包IP175C芯片介紹

管腳號管腳名管腳描述系統初始化設置

101LINK_QLink質量指示。1：使能0：關閉如果該功能使能，在接收信號低于正常工作的值時，link燈就以2秒間隔閃爍100X_ENIEEE802.3X支持。1：使能(default)0：關閉69FILTER_RSV_DA用預留MAC地址打包。1：預留打包0：快速打包（default）P4EXT為低時有效66LONG_PKT最大包長設置。1：1552bytes0：1536bytesP4EXT為低時有效65AGING地址改變監視。1：使能，每280s檢測一次地址0：關閉

P4EXT為低時有效IP175C芯片介紹

管腳號管腳名管腳描述系統初始化設置

64P4_HIGH設置端口4為高優先級。1：使能

0：關閉（default）P4EXT為低是有效63COS_EN外部設備分類。優先處理有高優先級標志的包。1：使能0：關閉（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

管腳號管腳名管腳描述MII口設置

74P4EXTMII口使能。1：MII口使能0：MII口關閉，IP175C作為一個5口交換機使用（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：關閉P4EXT為低是有效IP175C芯片介紹

管腳號管腳名管腳描述MII口設置

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

管腳號管腳名管腳描述MII口設置

113MII2_ENMII2口使能

1：使能0：關閉75P4MII_SNIMII0口設置1：SNI接口0：MII接口（default）51MII1_DISMII1口設置

1：關閉MII1口0：啟用MII1口MII口接口89MII0_RXCLKMII0口接收時鐘81MII0_TXCLKMII0口發送時鐘MII0_RXCLK和MII0_TXCLK用同一個時鐘源，相位也相同IP175C芯片介紹

管腳號管腳名管腳描述MII口接口80797877TXD0_0TXD0_1TXD0_2TXD0_3MII0口發送數據線76TXEN0MII0口發送使能90COL0MII0口沖突檢測84RXDV0MII0口數據接收打開88878685RXD0_0RXD0_1RXD0_2RXD0_3MII0口接收數據線IP175C芯片介紹

管腳號管腳名管腳描述端口模式設置

85，76P4_FORCE端口4工作模式選擇。1：強制模式0：自適應模式MII0是PHY模式時設置85腳MII0是MAC模式時設置76腳86，77P3_FORCE端口3工作模式選擇。1：強制模式0：自適應模式MII0是PHY模式時設置86腳MII0是MAC模式時設置77腳87，78P2_FORCE端口2工作模式選擇。1：強制模式0：自適應模式MII0是PHY模式時設置87腳MII0是MAC模式時設置78腳IP175C芯片介紹

管腳號管腳名管腳描述端口模式設置

88，79P1_FORCE端口1工作模式選擇。1：強制模式0：自適應模式MII0是PHY模式時設置88腳MII0是MAC模式時設置79腳90，80P0_FORCE端口0工作模式選擇。1：強制模式0：自適應模式MII0是PHY模式時設置90腳MII0是MAC模式時設置80腳103P4_FORCE100端口4速率選擇。1：強制100M0：強制10M（default）MII2_EN為高電平時，該功能被關閉IP175C芯片介紹

管腳號管腳名管腳描述端口模式設置

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

管腳號管腳名管腳描述108P4_FORCE_FULL端口4傳輸模式設置。1：強制全雙工0：強制半雙工MII2_EN為高電平時，該功能被關閉109P3_FORCE_FULL端口3傳輸模式設置。1：強制全雙工0：強制半雙工MII2_EN為高電平時，該功能被關閉110P2_FORCE_FULL端口2傳輸模式設置。1：強制全雙工0：強制半雙工MII2_EN為高電平時，該功能被關閉111P1_FORCE_FULL端口1傳輸模式設置。1：強制全雙工0：強制半雙工MII2_EN為高電平時，該功能被關閉112P0_FORCE_FULL端口0傳輸模式設置。1：強制全雙工0：強制半雙工MII2_EN為高電平時，該功能被關閉IP175C芯片介紹

管腳號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雙絞線數據接收3，48，921，2226，2737，38

TXOP0，TXOM0，TXOP1，TXOM1，TXOP2，TXOM2，TXOP3，TXOM3，TXOP4，TXOM4雙絞線數據發送15BGRES配置電阻。通過6.19k電阻接地IP175C芯片介紹

管腳號管腳名管腳描述混合123X1系統時鐘輸入或晶體振蕩器輸入122X2晶體振蕩器輸出93RESETB系統復位，低電平有效52TEST2測試模式使能。正常工作時應接地EEPROM53SCLEEPROM時鐘腳54SDAEEPROM數據傳輸腳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芯片的發送和接收都支持標準802.3X流量控制協議。在接收側，如果IP175C收到一個暫停數據幀，它就延遲發送下一個正常數據幀。在發送側，當目的端口溢出時，IP175C就發送一個暫停數據幀給遠端。當CoS使能時，IP175C可以關閉流量控制一段時間，以保證高優先級包的帶寬。當一端口收到一個高優先級包時，就關閉流量控制功能2～3秒鐘。此時IP175C不發送暫停數據幀和擁塞標志，但仍然應答對方的暫停數據幀和擁塞標志。IP175C芯片介紹

3.2廣播風暴保護

當主機系統響應一個在網上不斷循環的報文分組或者試圖響應一個沒有應答的系統時就會發生廣播風暴。一般為了改變這種狀態，請求或者響應分組源源不斷地產生出來，常使情況變得更糕。隨著網絡上分組數目的增加，擁塞會隨之出現，從而降低網絡的性能以至于使之陷入癱瘓。IP175C具有廣播風暴保護功能。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，就停止接收廣播包。該功能通過拉高IP175C的102腳（BF_STM_EN）或用程序設置MII口寄存器29來啟用。

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3.3端口鎖定IP175C支持端口鎖定功能，并且每個端口可單獨配置，通過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（VLAN），是英文VirtualLocalAreaNetwork的縮寫，是指網絡中的站點不拘泥于所處的物理位置，而可以根據需要靈活地加入不同的邏輯子網中的一種網絡技術。IP175C支持端口VLAN功能。IP175C的端口可以劃分成多個邏輯子網。該功能啟用后，不同組的端口之間不能相互通訊，虛擬局域網中的站點所發送的廣播數據包將僅轉發至屬于同一VLAN的站點。

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3.5MII/RMII接口IP175C可支持最大3個MII/RMII接口。器功能框圖見圖3.1，詳細配置見表3.1.需要注意的是MII2口和MII1口MAC模式不能同時使用。也就是說如果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等結構。下面以4LAN+1WAN為例說明該功能。IP175C芯片介紹

3.6.1從LAN口發數據包到WAN口

1.PC0發送一個數據包到LAN口，SA是PC0，PVID沒有或為1。

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

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

4.IP175C再發給端口4（WAN口）。圖3.2IP175C芯片介紹

3.6.2從WAN口發數據包到LAN口1.WAN口從PC3接收一個數據包。2.IP175C將PVID置為2后將數據包通過MII口發給CPU。3.CPU更新DA為PC0的地址，并將PVID的值改為1，然后發給IP175C。4.IP175C學習SA地址。5.IP175C將數據包按照DA的地址發給端口0。

圖3.3IP175C芯片介紹

3.8.1基于端口的優先級隊列如果端口被設置為高優先級，在接收時其它端口則優先接收該端口的數據幀。此功能通過設置MII寄存器29.19～29.21或EEPROM寄存器14～18來啟用。每個端口可單獨設置。3.8.2基于數據幀的優先級隊列如果該功能啟用，IP175C將檢查數據幀相應位，然后將有高優先級標志的包放入高優先級隊列，以便在傳輸時給有高優先級的包分配更多的帶寬。該功能可通過MII寄存器29.12～29.21或EEPROM寄存器14～18來啟用，并且每個口可單獨設置。IP175C芯片介紹

3.9LED串行模式

當MII/RMII2被啟用后，就沒有足夠的管腳連接LED，IP175C可將LED指示信息通過管腳111（SCLK）和112（SDATA）發出，外部連接一個TTL芯片來解碼并驅動LED，具體應用見圖3.4

IP175

圖3.4IP175C芯片介紹

3.10串行管理接口（SMI）

IP175C提供2個串行管理接口。用戶可通過該接口訪問IP175C的MII寄存器。為了能正常訪問MII寄存器，MDC要至少比MDIO多一個時鐘周期，也就是說，一個完整的命令包含32位MDIO數據和至少33個MDC時鐘周期。該接口被禁止時，MDIO變成高阻狀態。IP175C如外部接一PHY設備，就通過SMI接口讀取PHY設備狀態。SMI只能接一個MAC，但可接多個PHY設備。見圖3.5

IP175C芯片介紹

圖3.5IP175C芯片介紹

3.11系統復位IP175C有3種復位方式：硬復位當IP175C的第93腳（RESETB）被拉低至少5ms后，IP175C就開始復位，復位后從EEPROM（24C01A）中取初始化值。軟復位硬復位后，用戶可以通過SMI接口將16h寫入寄存器0來進行軟復位，這時IP175C復位所有PHY以及交換機，但不從EEPROM中取初始化值。PHY復位如將MII寄存器0的第15位寫入“1”就復位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提供帶寬控制機制以便在一個限制帶寬的網絡中管理或控制數據速率，通過控制進口和出口速率，為本地網絡提供一個帶寬管理解決方案，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寬范圍。IP175C通過定義MII寄存器31.2～31.0或EEPROM寄存器95～90可為每個端口分配帶寬，每個端口進/出口速率為128kbps～8Mbps。5口網絡交換機

原理介紹5口以太網交換機原理介紹

1.概述

本設計采用ICPlus公司的IP175C單片以太網交換芯片系統框圖如下：5口以太網交換機原理介紹

2.系統原理2.1系統電源MC34063A（安森美）是一種用于DC－DC電源變換的集成電路，應用比較廣泛，通用廉價易購。有3種工作模式，分別為：1：極性反轉。2：升壓。3:降壓。極性反轉效率最高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開關頻率：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口以太網交換機