KS8993型高性能交换电路及其应用

1 引言

kendin公司推出的ks8993是业界第一款包含3端口10/100物理层收发器、3个带有1个layer2交换器的mac单元以及缓存的高性能以太网快速交换电路，集成了10baset/100basetx/100basefxphy和16k×32的sram缓冲区，其带宽可达到1gbps。具有低功耗、功能齐全和易于调试等特点。

ks8993主要具有以下特性：

符合ieee 802.3以太网标准和ieee 802.3μ快速以太网标准；

支持基于端口的vlan，基于硬件的10/100速率转换及自动协商机制；

支持10m/100m和全双工/半双工自适应功能；

支持全双工的ieee802.3x流量控制及半双工的流量控制；

片内集成地址对照引擎、自动地址分析、老化和移位；

mac地址自学习、自更新功能；

可支持优先级排队、未屏蔽双绞线和光纤；

采用128引脚的pqfp型封装。

2 内部结构

图1是ks8993的内部结构框图。下面介绍ks8993中各主要模块的原理。

(1)地址对照引擎

ks8993内置存储mac地址及其相关信息的地址对照表。该表能够提供1k字48位的中央地址存储器地址和交换信息。

(2)sram缓冲器

ks8993内置一个用于存储帧的16k字32位的sram缓冲器。这一资源是由该电路的3个端口共享。每个端口分配多大空间的缓冲器可以通过系统设置来决定。

(3)流量控制

在ks8993中，帧的接收与发送支持802.3x标准。ks8993刚刚接收一个数据包，假如该数据包的目标端口资源被占用，ks8993将对接收数据包的端口进行流量控制。这时，ks8993会发出一个含有最大停顿时间的流量控制帧。一旦目标端口资源被释放，ks8993就发出其他不含停顿时间的帧。

3 ks8993的输入接口和输出接口

如图2所示，ks8993的输入接口和输出接口主要分为：物理接口、mii接口、串行网络接口、led指示接口、非管理编程接口、控制和其他接口、工厂测试接口、电源和地接口。

3.1 物理接口

ks8993分别提供3路收发信号接口，分为变压器和光纤两种模式与媒体介质相连。光纤模式下，三路光信号检测接口接光纤信号检测输出口可完成光信号检测。还需为传输数据设置抽头变压器参考值，并设置发送电流值。

3.2 介质无关接口（mii）

介质无关接口（mii）的作用是使物理层可以支持不同的介质类型。mii引脚信号包括接收、发送数据、发送使能、冲突监测、收发时钟和故障指示等。还提供了载波活动、冲突检测和管理接口信号。数据穿越mii的速率是每个时钟周期为一个半位元组（4位），即25mbps。

mii工作在forward和backward两种模式下。在forward模式下，ks8993的mac3利用外接的phy进行通信；在backward模式下，外部的mac利用ks8993的phy3进行通信。

3.3 串行网络接口

串行网络接口与用于网络层协议处理的控制器兼容，可以直接与这些类型的设备连接。传输信号分为两类：一类负责发送，包括发送使能、冲突检测、串行发送数据和发送时钟等。另一类负责接收，包括载波监听、串行接收和接收时钟。

3.4 led指示接口

状态指示信号可以设置为速度指示、冲突指示、全双工/半双工指示等。可以根据需要外接一定数目的led灯指示电路的工作状况。

3.5 非管理编程接口

按功能表设置modesel[3：0]引脚电平可规定led的工作模式。设置mtxd[3：1]引脚可实现全双工和半双工模式。设置miis[1：0]引脚使ks8993的mii接口工作在forward或reverse模式。设置mrxd[0]引脚为高电平，ks8993可禁止mac3的自动协商功能。设置mrxd[3]引脚为低电平，使ks8993的mac3工作在半双工模式。诸如此类，灵活设置这些非管理编程接口电平还可以实现自动协商机制、mac地址自学习、符合802.1p的优先级排队、自更新等功能。

3.6 控制和其他接口

接外部晶振或输入时钟信号和系统复位信号。

3.7 电源和地接口

ks8993采用单2.5v工作电压，包括收发驱动器在内的总功耗为300ma（750mw），具有低损耗特性。

4 典型应用

ks8993包含3端口10/100自适应物理层收发器和3个带有一个layer 2交换器的mac单元。

在实际应用中，ks8993既可以配置为一个独立的3端口器件，如图3（a）所示，也可以为了满足需要（如将dsl与一部ip电话和pc相连时），配置成为两端口加一个mii端口的形式，如图3（b）所示。mii端口可以连接外部处理器，用于路由目的和公共网络访问。

图4是ks8993在ip电话中的应用。端口1连接个人计算机，端口2连接电话，端口3则设置成mii端口，用于路由目的。

ks8993的每一个端口都设有一个3位的vlan掩码寄存器（pv1、pv2和pv3）。通过设置寄存器中的掩码，可以设定ks8993中3个端口的功能，其中，一个典型的应用是将2个端口设置成转换器，另一个端口设置为路由器。要实现这一功能，3个vlan掩码寄存器的设置为pv1（1，0，1）、pv2（0，1，1）和pv3（1，1，1）。在这个设置中，ks8993可以用于连接2个vlan，vlan1包括端口1和端口3，vlan2包括端口2和端口3。当vmdis（vlan mismatch discard）＝1时，端口1和端口2之间不能直接通信，此时端口3就要在端口1所属的vlan1和端口2所属的vlan2之间进行路由选择。当vmdis＝0时，如果端口收发的是广播数据包，则所有端口之间都可以直接通信；如果端口收发的是多播数据包，那么这些数据包的传输将被限制在同一个vlan中。vmdis＝0这种特性常被用于广播/多播协议转换。

5 结束语

使用ks8993时应当注意：在reverse操作下，mii接口不给ks8993提供接收报错信号，而在forward模式下，不提供发送报错信号；必要时，当ks8993不能达到发送端电压值（约2.2v或高于2.2v）时，可将电源电压提高到2.65v；在接线时，模拟地和数字地应分开，只在电源处单点相连，防止产生干扰。