KS8993型高性能交換電路及其應用

1 引言

kendin公司推出的ks8993是業界第一款包含3端口10/100物理層收發器、3個帶有1個layer2交換器的mac單元以及緩存的高性能以太網快速交換電路，集成了10baset/100basetx/100basefxphy和16k×32的sram緩沖區，其帶寬可達到1gbps。具有低功耗、功能齊全和易于調試等特點。

ks8993主要具有以下特性：

符合ieee 802.3以太網標準和ieee 802.3μ快速以太網標準；

支持基于端口的vlan，基于硬件的10/100速率轉換及自動協商機制；

支持10m/100m和全雙工/半雙工自適應功能；

支持全雙工的ieee802.3x流量控制及半雙工的流量控制；

片內集成地址對照引擎、自動地址分析、老化和移位；

mac地址自學習、自更新功能；

可支持優先級排隊、未屏蔽雙絞線和光纖；

采用128引腳的pqfp型封裝。

2 內部結構

圖1是ks8993的內部結構框圖。下面介紹ks8993中各主要模塊的原理。

(1)地址對照引擎

ks8993內置存儲mac地址及其相關信息的地址對照表。該表能夠提供1k字48位的中央地址存儲器地址和交換信息。

(2)sram緩沖器

ks8993內置一個用于存儲幀的16k字32位的sram緩沖器。這一資源是由該電路的3個端口共享。每個端口分配多大空間的緩沖器可以通過系統設置來決定。

(3)流量控制

在ks8993中，幀的接收與發送支持802.3x標準。ks8993剛剛接收一個數據包，假如該數據包的目標端口資源被占用，ks8993將對接收數據包的端口進行流量控制。這時，ks8993會發出一個含有最大停頓時間的流量控制幀。一旦目標端口資源被釋放，ks8993就發出其他不含停頓時間的幀。

3 ks8993的輸入接口和輸出接口

如圖2所示，ks8993的輸入接口和輸出接口主要分為：物理接口、mii接口、串行網絡接口、led指示接口、非管理編程接口、控制和其他接口、工廠測試接口、電源和地接口。

3.1 物理接口

ks8993分別提供3路收發信號接口，分為變壓器和光纖兩種模式與媒體介質相連。光纖模式下，三路光信號檢測接口接光纖信號檢測輸出口可完成光信號檢測。還需為傳輸數據設置抽頭變壓器參考值，并設置發送電流值。

3.2 介質無關接口（mii）

介質無關接口（mii）的作用是使物理層可以支持不同的介質類型。mii引腳信號包括接收、發送數據、發送使能、沖突監測、收發時鐘和故障指示等。還提供了載波活動、沖突檢測和管理接口信號。數據穿越mii的速率是每個時鐘周期為一個半位元組（4位），即25mbps。

mii工作在forward和backward兩種模式下。在forward模式下，ks8993的mac3利用外接的phy進行通信；在backward模式下，外部的mac利用ks8993的phy3進行通信。

3.3 串行網絡接口

串行網絡接口與用于網絡層協議處理的控制器兼容，可以直接與這些類型的設備連接。傳輸信號分為兩類：一類負責發送，包括發送使能、沖突檢測、串行發送數據和發送時鐘等。另一類負責接收，包括載波監聽、串行接收和接收時鐘。

3.4 led指示接口

狀態指示信號可以設置為速度指示、沖突指示、全雙工/半雙工指示等。可以根據需要外接一定數目的led燈指示電路的工作狀況。

3.5 非管理編程接口

按功能表設置modesel[3：0]引腳電平可規定led的工作模式。設置mtxd[3：1]引腳可實現全雙工和半雙工模式。設置miis[1：0]引腳使ks8993的mii接口工作在forward或reverse模式。設置mrxd[0]引腳為高電平，ks8993可禁止mac3的自動協商功能。設置mrxd[3]引腳為低電平，使ks8993的mac3工作在半雙工模式。諸如此類，靈活設置這些非管理編程接口電平還可以實現自動協商機制、mac地址自學習、符合802.1p的優先級排隊、自更新等功能。

3.6 控制和其他接口

接外部晶振或輸入時鐘信號和系統復位信號。

3.7 電源和地接口

ks8993采用單2.5v工作電壓，包括收發驅動器在內的總功耗為300ma（750mw），具有低損耗特性。

4 典型應用

ks8993包含3端口10/100自適應物理層收發器和3個帶有一個layer 2交換器的mac單元。

在實際應用中，ks8993既可以配置為一個獨立的3端口器件，如圖3（a）所示，也可以為了滿足需要（如將dsl與一部ip電話和pc相連時），配置成為兩端口加一個mii端口的形式，如圖3（b）所示。mii端口可以連接外部處理器，用于路由目的和公共網絡訪問。

圖4是ks8993在ip電話中的應用。端口1連接個人計算機，端口2連接電話，端口3則設置成mii端口，用于路由目的。

ks8993的每一個端口都設有一個3位的vlan掩碼寄存器（pv1、pv2和pv3）。通過設置寄存器中的掩碼，可以設定ks8993中3個端口的功能，其中，一個典型的應用是將2個端口設置成轉換器，另一個端口設置為路由器。要實現這一功能，3個vlan掩碼寄存器的設置為pv1（1，0，1）、pv2（0，1，1）和pv3（1，1，1）。在這個設置中，ks8993可以用于連接2個vlan，vlan1包括端口1和端口3，vlan2包括端口2和端口3。當vmdis（vlan mismatch discard）＝1時，端口1和端口2之間不能直接通信，此時端口3就要在端口1所屬的vlan1和端口2所屬的vlan2之間進行路由選擇。當vmdis＝0時，如果端口收發的是廣播數據包，則所有端口之間都可以直接通信；如果端口收發的是多播數據包，那么這些數據包的傳輸將被限制在同一個vlan中。vmdis＝0這種特性常被用于廣播/多播協議轉換。

5 結束語

使用ks8993時應當注意：在reverse操作下，mii接口不給ks8993提供接收報錯信號，而在forward模式下，不提供發送報錯信號；必要時，當ks8993不能達到發送端電壓值（約2.2v或高于2.2v）時，可將電源電壓提高到2.65v；在接線時，模擬地和數字地應分開，只在電源處單點相連，防止產生干擾。