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光纤环路工业以太网交换机的设计 摘要：针对工业控制领域所采用的以太网交换机的具体需求，给出了一种实现冗余光纤环路的８端口１０／ １００Ｍ工业以太网交换机的设计方案。详细介绍了以３２位ＡＲＭ内核微处理器为ＣＰＵ的交换机硬件的 设计思路，同时也给出了软件各模块的设计思路及实现的主要功能。 关键词：工业以太网 光纤环路 交换机 ＡＲＭ 网络交换芯片 RTL8208 网络变压器 YL18-2401S 随着以太网技术的迅速发展及其在商用领域的应用日渐广泛，越来越多的工业控制设备也逐渐使用以太网并 采用ＴＣＰ／ＩＰ协议作为主要的通信标准。虽然应用于工业控制领域的以太网标准与商用以太网相同，但 在工业控制领域，还需要网络能在比较恶劣的工作环境下稳定地工作。因此，用来连接工业设备的网络产品 需要经过特别设计，才能提供工业级的可靠性，以满足长期连续运行的需求。另外，在工业控制领域，所需 连接的设备分布较分散，单个地方连接设备少，这就对支持光纤冗余环路的８端口的光纤网络交换机产品有 了较大需求。为了实现光纤冗余环路功能，需要采用高性能的微处理器实现网络的管理和控制功能，并采用 高性能的网络交换芯片实现基本的１０／１００Ｍ以太网交换功能。 下面主要介绍ＣＰＵ采用３２位ＡＲＭ内核微处理器、具有６个１０／１００Ｍ双绞线端口和两个１００Ｍ 光纤端口、可实现冗余环路功能的工业以太网交换机的软、硬件设计思路。 １ 硬件设计 光纤环路工业以太网交换机硬件 主要分成两个模块：ＣＰＵ模块和 交换模块。下面分别对这两个模块 进行详细介绍。 １．１ ＣＰＵ模块 ＣＰＵ模块又可以划分为两部分， 即电源部分和ＣＰＵ及外围电路 部分，原理框图见图１。 电源部分要求提供两路１０～４ ０Ｖ的直流电源，这两路电源互为 备份，只要其中一路电源是正常的 　即可使系统正常供电。另外，这 两路电源的正常与否由连接到Ｃ ＰＵ上的两个ＬＥＤ发光管指示，ＣＰＵ如果发现有一路不正常，就会驱动报警指示灯指示此路电源不正常， 并驱动继电器接通另一路电源。如果两路同时不正常，由于继电器的报警输出为常闭触点，ＣＰＵ无输出信 号，继电器的触点是闭合的，因此可以向远端提供报警信息。 ＭＡＸ７８８是开关稳压管，该稳压管的输出电压为３．３Ｖ，输出最大电流为５Ａ，输入电压范围为８Ｖ～ ４０Ｖ，内部开关频率为１００ｋＨｚ。 交换机的ＣＰＵ选用Ａｔｍｅｌ公司的３２位ＡＲＭ内核微处理器芯片ＡＴ９１Ｍ４０８００，ＲＡＭ采用 高速２５６Ｋ×１６位的ＳＲＡＭ ＣＹ７Ｃ１０４１ＢＶ３３。 ＦＬＡＳＨ存储器２９Ｗ４００用来保存程序和一些配置信息，它的容量为２５６Ｋ×１６位。ＡＴ９１Ｍ ４０８００的串口扩展一个ＲＳ－２３２接口，ＰＣ机通过ＲＳ－２３２口直接对交换机进行一些管理和设 置。ＭＡＸ８２３是一个带ＷＡＴＣＨＤＯＧ功能的电源监视芯片，提供可靠的复位信号。 ＣＰＵ模块和交换模块之间通过４０芯的插座进行连接，主要对交换芯片实现寄存器设置和网络数据读写功 能。ＪＴＡＧ端口实现对ＡＴ９１Ｍ４０８００的实时仿真和将程序下载到ＦＬＡＳＨ存储器中。 １．２ 交换模块 交换模块主要由ＭＡＣ层主交换芯片ＶＴ６５１０Ｂ和物理层芯片ＲＴＬ８２０８,网络变压器 YL18-2401S 组成。主交换芯片采用ＶＩＡ公司生产的ＶＴ６５１０Ｂ，该芯片有９个１０／１００Ｍ端口和１个１Ｇ端 口，内嵌３８４ＫＢ的控制ＲＡＭ和包交换缓冲ＲＡＭ，可以实现完整的交换功能；另外提供主机接口，以 便外部ＣＰＵ对本交换芯片进行初始化和管理。 ８个１０／１００Ｍ端口通过ＲＭＩＩ接口与Ｒｅａｌｔｅｋ公司生产的物理层芯片ＲＴＬ８２０８连接。 ＲＴＬ８２０８芯片共集成了８个物理层的端口，这８个端口可以配置成采用１０／１００ＢＡＳＥ－ＴＸ （双绞线接口）或１００ＢＡＳＥ－ＦＸ（光纤接口）。本系统采用了６个１０／１００ＢＡＳＥ－ＴＸ端 口和两个１００ＢＡＳＥ－ＦＸ端口。６个１０／１００ＢＡＳＥ－ＴＸ端口需要通过隔离变压器YL18-240 1S与ＲＪ－４５接口连接，YL18-2401S是一个提供４路ＲＪ－４５接口的隔离变压器。两个１００ＢＡＳＥ －ＦＸ端口可以直接与光纤收发器Ｖ２３８