以太网交换芯片
基于FPGA实现千兆以太网二层交换
基于FPGA实现千兆以太网二层交换贾婷;胡斌;刘台【摘要】千兆以太网(Gigabit Ethernet)交换芯片是多种通信设备中不可或缺的核心芯片,目前应用广泛的是Broadcom公司的交换芯片.然而,随着国产化对国防通信和网络安全保障重要性的提升,核心技术的自主可控成为其重要一环.因此,基于Xilinx K7型号的FPGA芯片,采用VHDL硬件描述语言,自主研发了4端口的可管理千兆以太网二层交换芯片,并在相应的硬件平台上进行了功能验证和性能测试.【期刊名称】《通信技术》【年(卷),期】2018(051)011【总页数】7页(P2758-2764)【关键词】MAC帧;哈希算法;共享缓存;QoS优先级;流量控制【作者】贾婷;胡斌;刘台【作者单位】武汉中原电子集团有限公司,湖北武汉 430205;武汉中原电子集团有限公司,湖北武汉 430205;武汉中原电子集团有限公司,湖北武汉 430205【正文语种】中文【中图分类】TN919.210 引言千兆以太网技术是目前局域网的主流解决方案。
千兆以太网交换芯片是该技术得以实现的关键芯片。
本文介绍的FPGA实现的千兆以太网二层交换芯片，按照IEEE802.3标准实现了4个独立千兆端口之间的MAC帧交换。
以太网二层交换是基于MAC地址工作的，基本工作原理可以概括为“学习查找”和“存储转发”。
设计支持以下功能项：（1）支持4个10/100/1 000 Mb/s自适应，全双工RGMII端口间的MAC帧线速转发；（2）每个出端口支持4种优先级队列；（3）支持基于IEEE802.3xPause帧的全双工流量控制；（4）支持简单生成树协议；（5）支持4 096个MAC地址表项和基于Hash算法的自学习和查找。
（6）提供128 kB的MAC帧共享缓冲空间。
本文首先给出FPGA实现千兆以太网二层交换芯片的结构框图；其次，详细介绍设计中关键模块的实现原理；最后，给出设计的功能仿真，验证该设计的可行性。
88E6095
88E6095在电力以太网交换机的应用作者：马晓军莫非来源：《电子世界》2012年第14期【摘要】本文介绍了88E6095芯片在电力以太网交换机的设计应用，介绍了电力以太网交换机的特点，详细阐述了一款电力以太网交换机的软硬件设计。
本设计的突出特点是安全可靠，有诊断跟自恢复的能力，满足电力系统的通信要求。
【关键词】88E6095；电力以太网交换机；电力系统一、电力以太网交换机概述电力专用工业以太网交换机是面向智能变电站应用而开发的高性能、高可靠和高安全的工业级网络交换设备。
它充分考虑了变电站的严酷工作环境和网络通信需求，采用了电信级以太网、硬件时间戳、QoS、智能内容识别等先进技术，使得智能变电站通信系统更加可靠；能有效地抵御DOS攻击，保证GOOSE报文优先转发，实现网络时间精确同步。
二、88E6095芯片介绍88E6095是Marvell公司设计的一款网络交换芯片。
该芯片集成了MAC和PHY，有11个端口，可以提供三个千兆的以太网网口和8个百兆的以太网网口，时钟源频率25MHz。
其中P0～P7,8个端口支持10BAST-T/100 BAST-T；P8、P9、P10端口都支持三种接口：SEDES接收器、外接10/100/1000M Copper PHYS、1000BASE-X的光纤端口，能够直接连接到光放大器。
另外，P9还支持MII-MAC/PHY,P10还支持(G)MII-MAC/PHY。
该芯片支持VLAN、STP生成树协议和QoS。
三、设计思路1.采用4片88E6095F芯片进行互连，完成交换功能。
2.每个芯片上的3个Serdes千兆端口都是两两互联的。
3.为了避免成环，默认开启88E6095的24P模式（级联模式）。
4.交换机由AMR9 CPU进行管理。
四、具体实现1.电源采用12V稳压电源供电，经过LM1085-5.0电源转换芯片输出5V的稳压电源，再经过3块电源转换芯片FAN2106分别输出3.3V、2.5V和1.2V的电压用来给交换芯片88E6095和其他部件供电。
以太网PHY芯片
/iawitfkso/blog/item/5b2155c2318598bd8326ac71.html
2011-3-27
以太网PHY芯片_iawitfkso的空间_空间Page 2 of 3
RTL8111(LOM、PCI Express)系列，VIA的VT612*系列等等。 Marvell的88E8001千兆芯片
网卡要与电脑相连接才能正常使用，电脑上各种接口层出不穷，这也造成了网卡所采用的总线接口类型纷呈。此外，提到
总线接口，需要说明的是人们一般将这类接口俗称为“金手指”，为什么叫金手指呢?是因为这类插卡的线脚采用的是镀钛金 (或其它金属)，保证了反复插拔时的可*接触，既增大了自身的抗干扰能力又减少了对其他设备的干扰。 为了方便您了解，下面我们就分别来图解一下常见的各种接口类型的网卡。
①ISA接口网卡 ISA是早期网卡使用的一种总线接口，ISA网卡采用程序请求I/O方式与CPU进行通信，这种方式的网络传输速率低，CPU资
●网线接口 在桌面消费级网卡中常见网卡接口有BNC接口和RJ-45接口(类似电话的接口)，也有两种接口均有的双口网卡。接口的选择
与网络布线形式有关，在小型共享式局域网中，BNC口网卡通过同轴电缆直接与其它计算机和服务器相连;RJ-45口网卡通过双 绞线连接集线器(HUB)或交换机，再通过集线器或交换机连接其它计算机和服务器。 目前BNC接口这种接口类型的网卡已很少见，主要因为用细同轴电缆作为传输介质的网络就比较少及组网方式问题较多有关。 RJ-45是8芯线，而电话线的接口是4芯的，通常只接2芯线(ISDN的电话线接4芯线);但大家可以仔细看看，其实10M网卡的RJ45插口也只用了1、2、3、6四根针，而100M或1000M网卡的则是八根针都是全的，这也是区别10M和100M网卡的一种方法(见 上图8)。 ●传输介质类型
常见PHY芯片品牌介绍
常见 PHY芯片品牌介绍2019-01-07 11:39目前市场上百兆交换机是一个非常成熟的产品，各个芯片公司对自己的产品都进行了多次的优化和精简。
总的来说规格和性能方面都能满足作为2层傻瓜型交换机的应用。
一些主要的技术指标也基本相同。
所有公司的芯片都可以支持10/100M自适应；全线速交换；支持线序交叉功能。
下面我们将深入分析目前市场上采用的百兆交换机方案：1．Realtek 公司Realtek 公司相信大家比较熟悉，市场上百兆网卡大多采用他们公司8139芯片。
作为一个网络低端市场的芯片供应商16口和24口百兆交换机也是他们主推的产品。
Realtek公司百兆交换机方案的芯片型号为： RTL8316 + RTL8208;24口 RTL8324 + RTL8208。
Realtek公司采用的是MAC（媒介控制芯片）与 PHY（物理层芯片）相分离的架构。
RTL8316和RTL8324是MAC（媒介控制芯片），RTL8208是8口的PHY（物理层芯片）。
RTL8316 集成4 M 位DRAM 缓存用于数据包存储转发；RTL8324集成4 M 位缓存。
这个缓存的大小对于交换机处理数据的能力有着很大的影响！RTL8316和RTL8324 MAC地址表的深度为8K！2．ICPlus公司ICPlus公司也是台湾一家有着多年历史的网络芯片生产商。
ICPlus公司百兆交换机方案的芯片型号为：IP1726 + IP108。
同样ICPlus公司也采用MAC（媒介控制芯片）与 PHY（物理层芯片）相分离的架构。
IP1726是MAC（媒介控制芯片），IP108是8口的PHY（物理层芯片）。
IP1726集成1.5 M 位缓存用于数据包存储转发。
IP1726 MAC地址表的深度为4K！3．Admtek公司Admtek公司今年已经被德国英飞凌公司收购，实际上应该是德国公司。
Admtek公司百兆交换机方案的芯片型号为：ADM6926 + ADM7008。
Huawei ASIC
功能简介 128*128 时隙交换芯片 2K*2K 时隙交换芯片 4K*4K 时隙交换芯片 4K*4K时隙交换芯片 64 通道会议电话芯片 单路 SLIC 带PCM接口和为控制器接口的4路Combo 8路E1 Liu 1路E1 Framer/Liu 4路E1 Framer 4路E1支路映射芯片 16路E1支路映射芯片 总线电平转换芯片 2*STM-1/1*STM-1再生段开销处理和帧同步芯片 2*STM-1段开销和高阶通道开销处理芯片 64*64 SDH交叉芯片 32*32 低阶SDH交叉芯片 16路STM-1时隙交叉芯片 622MHz/155MHz开销处理芯片 622MHz和77MHz/38MHz总线转换芯片 4路信元接口信号转换芯片 4通道高速串行数据转换收发芯片 8路E1 SAR芯片 多通道串行通信控制器 二层以太网交换芯片 IPSec网络安全处理器 4路独立码速调整与恢复电路 多中继时钟同步与控制芯片 32
EBT3001以太网串口服务器芯片模块配置方式简介
EBT3001以太网芯片模块功能及配置方式简介EBT3001以太网芯片产品简介EBT3001以太网芯片是实现串口数据与以太网数据互相转换的串口芯片；该串口转以太网芯片具有多种Modbus网关模式以及MQTT/HTTP物联网网关模式，可满足各类串口设备/PLC 的联网功能。
EBT3001串口转以太网芯片功能特点支持多种工作模式（TCP Server、TCP Client、UDP Server、UDP Client）；支持网页设置、配置工具设置、AT 指令设置参数；支持多路Socket 连接；支持多种校验（None、Odd、Even、Mark、Space）；支持DHCP 功能；支持DNS 功能、域名解析；支持DNS 服务器地址自定义；支持多种Modbus 网关（简单协议转换、多主机模式、存储型网关、可配置型网关）；支持快速接入阿里云、百度云、OneNET、华为云、3.1 版本标准MQTT 服务器；支持HTTP 协议（GET/POST 请求）；支持虚拟串口；支持超时重启功能，重启时间自定义；支持短连接功能，短连接间隔时间自定义；支持心跳包、注册包功能；支持缓存清理功能；支持访问外网、局域网；独立设计测试套件，方便用户调试使用；支持在线升级功能。
EBT3001串口转以太网芯片Web设置配置可通过Web 设置方式，自定义设置相关参数。
打开浏览器，在地址栏输入设备IP（默认：192.168.3.7），进入页面，可查询、设置参数，最后点击“提交”菜单等待网页返回成功提示，即可生效。
注意：请勿在正常使用中进入网页配置，可能导致数据丢失，若进入网页配置则需要通过重启才能进入通讯模式。
网页配置初始化密码：123456，可自定义配置，仅支持6 位大小写字母与数值配置。
网页配置需要使用较新内核的浏览器才能正常使用，比如Microsoft Edge(96.0.1054.62)、Google chrome（96.0.4664.110）、Firefox（95.0.2）等。
以太网协议栈管理芯片CH392用户手册说明书
以太网协议栈芯片CH392版本：v1.0 1、概述CH392是以太网协议栈管理芯片，用于单片机系统进行以太网通讯。
CH392芯片自带10M 以太网介质传输层（MAC ）和物理层(PHY)，完全兼容IEEE802.3协议，内置了IP 、DHCP 、ARP 、ICMP 、IGMP 、UDP 、TCP 等以太网协议栈固件。
单片机系统可以方便的通过CH392芯片进行网络通讯。
CH392支持两种通讯接口： SPI 接口或者异步串口，单片机/DSP/MCU/MPU 等控制器可以通过上述任何一种通讯接口控制CH392芯片进行以太网通讯。
下图为CH392的应用框图。
2、特点● 内部自带以太网介质传输层（MAC ）和物理层(PHY)。
● 支持10M ，全双工/半双工自适应，兼容802.3 协议。
● 支持MDI/MDIX 线路自动转换。
● 内置TCP/IP 协议簇，支持IPv4、DHCP 、ARP 、ICMP 、IGMP 、UDP 、TCP 协议。
● 提供4个独立的Socket 对，可以同时进行数据收发。
● 提供最高8MHz 速度的SPI 设备接口，支持连接到单片机的SPI 串行总线。
● 提供最高921600bps 速度的异步串口，支持连接到单片机的串行口，支持通讯波特率动态调整。
● 内置4KB RAM ，可用于以太网数据收发，每个Socket 收发缓冲区可以自由配置。
● 提供QFN28封装。
INT本地端 控制器 单片机 DSP MCU MPU 等 SPI设备 接口 异步 串口 SCS SCK MOSI=> SDI MISO <= SDO SPI 总线 TXD => RXD RXD <= TXD 串口UART 10M PHY交换机 PC路由器 等网络设备 TXP TXN RXPRXN 以太网信号IPARP ICMP IGMP UDP TCP DHCP MAC3、封装芯片型号芯片封装名称描述CH392F QFN28 QFN封装；28脚；本体4x4mm 4、引脚CH392F 引脚号引脚名称类型引脚说明0 GND 电源芯片接地端3,4,22 VCC 电源内部电源，需外接0.1uF退耦电容5 VDD 电源 3.3V工作电压输入，外接2.2uF退耦电容6 RXD 输入异步串口数据输入，内置上拉电阻7 TXD 输出异步串口数据输出，内置上拉电阻8 RXP 以太网信号以太网RXP信号9 RXN 以太网信号以太网RXN信号10 TXP 以太网信号以太网TXP信号11 TXN 以太网信号以太网TXN信号12 INT 输出中断信号输出，低电平有效14 ACT 输出以太网连接通讯指示灯驱动引脚15 LINK 输出PHY连接指示引脚，低有效16 RSTI 输入外部复位输入，低电平有效18 XO 输出晶体振荡的反相输出端，需要外接32MHz晶振19 XI 输入晶体振荡的输入端，需要外接32MHz晶振20 VREF 电源内部模拟电路电源节点，需外接 1uF 退耦电容23 SEL 输入通讯接口选择引脚，内置上拉，高电平选择串口，低电平选择SPI25 SDO 输出SPI数据输出26 SDI 输入SPI数据输入27 SCK 输入SPI时钟输入28 SCS 输入SPI片选输入1,2,13,17,21,24NC NC 保留管脚，悬空5、命令本手册中的数据，后缀B为二进制数，后缀H为十六进制数，否则为十进制数。
PHY&网卡
PHY芯片PHY指物理层，OSI的最底层。
一般指与外部信号接口的芯片。
以太网PHY芯片网络中最基础的部件是什么?不是交换机也不是路由器，而是小小的不起眼但又无处不在的网卡。
如果在5年前，或许网卡与您无关，但在如今这网络的时代，无论是上网冲浪还是联网玩游戏，都离不开网卡，更何况，就算您不食人间烟火，多数主板上也会为您集成一块板载网卡。
所以，对于想迈入网络之门的读者而言，先认识网卡，会让您在进行各种网络应用时更得心应手。
一、网卡的主要特点网卡(Network Interface Card，简称NIC)，也称网络适配器，是电脑与局域网相互连接的设备。
无论是普通电脑还是高端服务器，只要连接到局域网，就都需要安装一块网卡。
如果有必要，一台电脑也可以同时安装两块或多块网卡。
电脑之间在进行相互通讯时，数据不是以流而是以帧的方式进行传输的。
我们可以把帧看做是一种数据包，在数据包中不仅包含有数据信息，而且还包含有数据的发送地、接收地信息和数据的校验信息。
一块网卡包括OSI模型的两个层——物理层和数据链路层。
物理层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等，并向数据链路层设备提供标准接口。
数据链路层则提供寻址机构、数据帧的构建、数据差错检查、传送控制、向网络层提供标准的数据接口等功能。
网卡的功能主要有两个:一是将电脑的数据封装为帧，并通过网线(对无线网络来说就是电磁波)将数据发送到网络上去;二是接收网络上其它设备传过来的帧，并将帧重新组合成数据，发送到所在的电脑中。
网卡能接收所有在网络上传输的信号，但正常情况下只接受发送到该电脑的帧和广播帧，将其余的帧丢弃。
然后，传送到系统CPU做进一步处理。
当电脑发送数据时，网卡等待合适的时间将分组插入到数据流中。
接收系统通知电脑消息是否完整地到达，如果出现问题，将要求对方重新发送。
需要说明的是网卡芯片也有“软硬”之分，特别是对与主板板载(LOM)的网卡芯片来说更是如此，这是怎么回事呢?大家知道，以太网接口可分为协议层和物理层。
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以太网交换芯片
以太网交换芯片是一种用于构建局域网（LAN）的关键设备，其用于在网络中传输数据，并实现网络中各个节点之间的通信。
以下是关于以太网交换芯片的一些基本知识。
一、以太网交换芯片的定义和作用
以太网交换芯片是一种基于以太网标准的网络交换设备，用于处理和分配网络数据，将数据从一个端口转发到另一个端口，实现节点之间的直接通信。
其作用是在局域网中提供高速、可靠和非阻塞的网络连接。
二、以太网交换芯片的工作原理
1. 网络数据的转发
以太网交换芯片通过学习每个连接的设备的MAC地址，将数
据发送到目标设备，而不是发送到整个网络中的所有设备。
因此，数据转发是根据目标设备的地址进行选择性转发的。
2. 非阻塞转发
以太网交换芯片具备高速转发能力，可以同时处理多个数据包，即不会因为网络中的传输量增加而产生阻塞。
这使得它能够提供更可靠和高效的网络连接。
3. VLAN支持
以太网交换芯片还可以支持虚拟局域网（VLAN）的实现。
VLAN可以将网络划分为多个逻辑子网，提供更好的网络管理
和资源分配。
三、以太网交换芯片的特点
1. 高性能
以太网交换芯片能够提供高速的数据传输和转发能力，支持大容量的网络流量和多任务处理。
2. 可扩展性
以太网交换芯片具备可扩展性，可以与其他网络设备进行连接，构建更大规模的网络。
3. 灵活性
以太网交换芯片可以根据网络需求进行配置和管理，提供具有灵活性的网络设计和部署。
4. 低成本
以太网交换芯片相对于其他网络设备和技术来说，其成本较低。
这使得以太网交换芯片成为广泛使用的网络设备。
四、以太网交换芯片的应用领域
以太网交换芯片主要应用于局域网中，例如企业内部网络、学校网络、医院网络等。
其在这些环境中能够提供高速、可靠和安全的网络连接，并支持各种网络应用和服务。
此外，以太网交换芯片也被广泛应用于数据中心网络和云计算中心网络，用于构建高性能和可扩展的网络基础设施。
五、未来趋势
随着物联网的发展和云计算的普及，对于大规模、高速和可靠的网络连接的需求将进一步增加。
因此，对以太网交换芯片的性能、可扩展性和安全性等方面的要求也将不断提高。
未来的以太网交换芯片有望在更高的规模和更广泛的应用领域中发挥重要作用。