Двоканальний контролер комутатор Ethernet KS8842

29.09.2015

Двоканальний контролер – комутатор Ethernet KS8842
Каршенбойм Йосип

У статті наводиться опис функцій двоканального контролера-комутатора Ethernet KS8842. Потреба в таких мікросхемах особливо гостра в зв’язку з появою на ринку більш продуктивних мікроконтролерів, а також у зв’язку з зростанням мережі Ethernet.

Введення

Типова структура пристрою сполучення з Ethernet може бути представлена наступною формулою:

PHY + MAC + CPU + RAM

Тут PHY — вузол стику з фізичною лінією, MAC — контролер МАС-адрес, CPU — мікроконтролер, RAM — пам’ять для накопичення та зберігання пакетів даних. Є кілька варіантів виконання пристроїв сполучення. Традиційно контролер і пам’ять виконувалися на окремих від усього набору мікросхемах. Вузол стику з фізичною лінією (PHY, трансивери) у багатьох застосуваннях теж виконувався у вигляді окремих мікросхем. МАС-контролери зазвичай вбудовані як апаратні вузли у мікроконтролери, а тепер і в FPGA. Раніше МАС-контролери вбудовувалися в FPGA як софт-ядра.

Доданки в наведеній вище формулі можна також розглянути за умовою «инженерозависимости». Компоненти PHY, MAC і RAM не сильно залежать від беруть участь у розробці інженерів, CPU можна кваліфікувати як «сильно инженерозависимый» компонент.

Досвід роботи з певним типом CPU, наявність бібліотек з перевірених програмних фрагментів коду, а також налагодження програмних і апаратних засобів прив’язують розробників до тих або інших видів мікроконтролерів. Перехід на інший тип мікропроцесора завжди пов’язаний з певними труднощами. Саме тому набула поширення скорочена версія наведеної вище формули:

EthConr + CPU

Тут EthConr = PHY + MAC +RAM — контролер Ethernet.

Типовим представником, отримали найбільш широке застосування для вбудованих додатків, є мікросхема CS8900, звана «Highly-Integrated ISA Ethernet Controller». Дана мікросхема підключається по паралельній шині до мікроконтролера і знімає з розробника необхідність вирішення проблеми Ethernet.

Однак з введенням стандарту 100 Мбіт/с дана мікросхема катастрофічно застаріла. Те ж саме можна сказати і про її паралельній шині. Асинхронна процесорна шина також безнадійно застаріла і не може здійснювати обмін даними на високих частотах. Чим же можна замінити Ethernet-контролер, щоб вирішити проблему Ethernet і плюс до цього мати безліч додаткових функцій, що підвищують експлуатаційні характеристики виробу?

Для цього можна використовувати KS8842M — двоканальний контролер-комутатор Ethernet фірми Micrel [1].

KS8842 — перший погляд

Блок-схема двоканального контроллеракоммутатора Ethernet наведена на рис. 1.

Двоканальний контролер комутатор Ethernet KS8842

Рис. 1. Блок-схема мікросхеми KS8842

На малюнку наведено основні вузли KS8842M:

  • два малопотребляющих 10/100 приймача;
  • два блоки MAC;
  • канал прямого доступу до пам’яті (DMA);
  • високошвидкісний неблокуючий комутатор;
  • внутрикристальная пам’ять для таблиці обробки адрес (1 Кбайт);
  • внутрикристальная пам’ять для буфера кадрів даних;
  • інтерфейс з процесором розрядністю 8/16/32 біт, підтримує синхронні і асинхронні операції.

KS8842M може бути сконфігурований як світч або як репітер з низьким часом очікування ( Двоканальний контролер комутатор Ethernet KS8842
310 нс) для вбудованих чи індустріальних Ethernet-пристроїв.

В інтерфейсі Ethernet KS8842M має повний набір стандартних функцій. Крім того, KS8842M пропонує розширений набір можливостей, який включає в себе:

  • роботу віртуальної мережі на основі тега або порту — tag/port-based VLAN;
  • якість обслуговування (QoS) з пріоритетним управлінням;
  • лічильники подій, засновані на інформації (MIB);
  • інтерфейс управління і даних для центрального процесора, щоб ефективно обробляти адреси для додатків Fast Ethernet.

Можливості мікросхеми

  • Управління комутатором
    • Неблокируемый комутатор пакетів здійснює швидку доставку пакетів, використовуючи спеціальну таблиці перенаправлення пакетів.
    • Повна сумісність зі стандартом IEEE 802.3 u.
    • Керування потоком даних в режимі повного дуплексу IEEE 802.3 x з можливістю використання режиму «force».
    • Керування потоком даних в режимі напівдуплекс, режим зворотного тиску.
  • Розширене керування комутатором
    • Віртуальна мережа VLAN (IEEE 802.1Q) — підтримується до 16 груп (повний діапазон VLAN-ідентифікаторів).
    • VLAN-ідентифікатор на основі «tag/untag» віртуальної мережі, пов’язаної з певним портом.
    • Вставлення або видалення тега даних для віртуальної мережі пов’язаної з певним портом по IEEE 802.1 p/Q.
    • Програмоване обмеження обсягу прийнятих і переданих даних для кожного порту.
    • Захист від лавини широкомовних пакетів.
    • Підтримка протоколу «spanning tree» IEEE 802.1 d.
    • Функція фільтрації MAC, дозволяє фільтрувати і не відправляти пакети з невідомих індивідуальним (unicast) адресами.
    • Прямий режим «forward», що дає можливість процесору ідентифікувати вхідний і вихідний порти.
    • Підтримується протокол пошуку по Internet Group Management Protocol (IGMP) v1/v2 для групової фільтрації пакета.
    • Підтримується протокол пошуку IPV6 Multicast Listener Discovery (MLD).
  • Контроль прийнятої інформації
    • Для порту — відззеркалювання, моніторинг, пасивне прослуховування мережі: вхідний і вихідний трафік для будь-якого порту.
    • MIB-лічильники для збору статистики (34 MIB-лічильника на порт).
    • Режими «Loopback» і діагностики відмови на дальньому кінці лінії.
  • Доступ до всіх регістрів
    • Управління оперативної перебудовою конфігурації через регістри (пріоритет порту, 802.1 p/d/Q).Підтримка пріоритетів QoS/CoS
    • Заснована на порте, IEEE 802.1 p і DiffServ.
    • Ремаппинг поля пріоритетів по IEEE 802.1 p для кожного порту.
  • Режими зниження споживаної потужності, харчування, температура, корпусировка
    • Режим зниження потужності для всієї мікросхеми.
    • Режим зменшення споживаної потужності на кожен порт PHY (виявлення стану лінії «idle», конфігурація регістрів зберігається).
    • Єдине напруга 3,3 Ст.
    • Комерційний температурний діапазон 0. +70 °C.
    • Промисловий температурний діапазон -40. +85 °C.
    • Корпус PQFP з 128 входами (можливий випуск в корпусах LQFP з 128 входами).
    • Доступні в 16-бітної версії для 8/16-бітної шини даних і для 32-бітної версії для 32-розрядної шини даних.
  • Додаткові можливості. Інтегрований комутатор пакетів для Layer-2 дає наступні можливості:
    • Режим репітера.
    • Динамічна буферна схема пам’яті (необхідна для додатків типу «Відео по IP», де флуктуація зображення неприпустима).
    • Комутатор на 2 Ethernet-порту з переконфигурируемыми шинами для підключення до інтерфейсу 8, 16 або 32-розрядного процесора хоста.
    • Кабельна діагностика за технологією Micrel LinkMD дозволяє діагностувати дефектні кабелі і визначити відстань до дефекту.
    • автоматичне перемикання входів Tx-Rx Hewlett-Packard (HP) MDI-X з функцією заборони і дозволи дозволяє спростити кабельний монтаж.
    • Чотири пріоритетні черги для обробки пакетів з різним вмістом, наприклад звуку, відео, даних, а також керуючих пакетів.
    • Здатність передавати і отримувати кадри даних гігантського розміру — до 1916 байт.

Порівняльні характеристики

Порівняльні характеристики мікросхем наведені в таблиці 1. У сімейство Ethernet-контролерів фірми Micrel крім контролерів з виходом на процесорну шину загального призначення входять і Ethernet-контролери з виходом на шину PCI.

Таблиця 1. Порівняльні характеристики мікросхем Ethernet-контролерів

Короткий опис статті: комутатор ethernet Двоканальний контролер – комутатор Ethernet KS8842 IEEE, передача даних, eeprom, RAM, Ethernet

Джерело: Двоканальний контролер – комутатор Ethernet KS8842

Також ви можете прочитати