基于xBridge2.0的遠(yuǎn)程網(wǎng)橋的設(shè)計及實(shí)現(xiàn)

蘇小柳

（中國電子科技集團(tuán)公司 第三十四研究所，廣西 桂林 541004）

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相繼產(chǎn)生，網(wǎng)橋作為網(wǎng)絡(luò)的其中一種連接設(shè)備因?yàn)槠淙缦绿攸c(diǎn)也得到了越來越多的應(yīng)用。網(wǎng)橋工作于數(shù)據(jù)鏈路層，它提供物理尋址并管理對物理介質(zhì)的訪問，控制數(shù)據(jù)包流向；分析輸入數(shù)據(jù)幀，根據(jù)幀中包含的信息做出轉(zhuǎn)發(fā)決定，將這些幀轉(zhuǎn)發(fā)到目的地[1]；使局域網(wǎng)各網(wǎng)段成為隔離開的沖突域，從而減輕擴(kuò)展的局域網(wǎng)上的負(fù)荷；擴(kuò)大物理范圍，增加整個局域網(wǎng)上工作站的數(shù)目；互連不同物理層、不同MAC子層和不同速率的局域網(wǎng)；在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時，一般只影響個別網(wǎng)段，從而提高了可靠性。

網(wǎng)橋可分為本地和遠(yuǎn)程網(wǎng)橋。本地網(wǎng)橋?yàn)樘幱谝坏氐木钟蚓W(wǎng)網(wǎng)段間提供直接連接；遠(yuǎn)程網(wǎng)橋則通過電信網(wǎng)連接不同區(qū)域的局域網(wǎng)。本文將介紹基于nSYSTechnologies公司的芯片xBridge2.0[2]設(shè)計和實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程網(wǎng)橋。

1 xBridge2.0的功能及特點(diǎn)

xBridge2.0是一款可以連接LAN和WAN，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)橋功能的單片高度集成的協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片，它完全與IEEE802.3協(xié)議相兼容[3]。芯片定義了兩個獨(dú)立的端口（Xporta、Xport-b），每個端口都能工作于HDLC（高級數(shù)據(jù)鏈路控制）接口、MII（媒體無關(guān)接口）、RMII（簡化媒體無關(guān)接口）[4]，支持以太網(wǎng)10 M、100 M全雙工和半雙工，有高達(dá)200 Mb/s的數(shù)據(jù)吞吐量。xBridge2.0可以在WAN至LAN之間、LAN至LAN之間以及WAN至WAN之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，并自動學(xué)習(xí)連接在LAN或WAN上的MAC地址。xBridge2.0具備用于數(shù)據(jù)包緩存的內(nèi)置存儲器，可以通過硬件管腳直接進(jìn)行配置而無需用CPU接口，還支持外接SDRAM或SRAM。

xBridge2.0采用QFP100封裝，工作電源需要I/O 3.3 V電源和核心電源2.5 V；內(nèi)置OSC，外接50 MHz晶振的工作時鐘。

2 總體設(shè)計

遠(yuǎn)程網(wǎng)橋需要解決以下問題，局域網(wǎng)（LAN）與廣域網(wǎng)（WAN）之間數(shù)據(jù)速率存在差別，以太網(wǎng)接口的速率為10 Mbit/s或 100 Mbit/s， 遠(yuǎn)高于 E1接口的 2.048 Mbit/s，因此，以太網(wǎng)接口不直接與E1接口對接，遠(yuǎn)程網(wǎng)橋即解決在E1上傳輸以太網(wǎng)的問題。筆者所設(shè)計的遠(yuǎn)程網(wǎng)橋通過一個適當(dāng)?shù)木彌_存儲器（SDRAM）來彌補(bǔ)兩者之間的速率差異，用網(wǎng)橋設(shè)備上的緩沖存儲器來存儲進(jìn)入的高速數(shù)據(jù)，然后在廣域網(wǎng)上以它能適應(yīng)的速率發(fā)送。這個緩沖存儲器要能夠接收觸發(fā)數(shù)據(jù)而不使其溢出。

2.1 整體結(jié)構(gòu)

遠(yuǎn)程網(wǎng)橋的整體硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。它主要由xBridge2.0、以太網(wǎng)PHY模塊、E1接口模塊、外圍SDRAM和工作時鐘、電源和復(fù)位等部分組成。以太網(wǎng)PHY模塊部分電路完成LAN上以太網(wǎng)數(shù)據(jù)到網(wǎng)橋的收發(fā)功能，由以太網(wǎng)收發(fā)器AC101-TF[5]及其外圍變壓器等部件組成，連接到xBridge2.0的 Xport-b（MII）接口上；E1接口模塊部分電路對從WAN上E1線路接口進(jìn)來的信號進(jìn)行線路編解碼及完成抖動抑制功能，由E1線路接口芯片XRT82D20[6]及其外圍變壓器等部件組成，連接到 xBridge2.0的Xport-a（HDLC）接口上；xBridge2.0連接E1接口模塊和以太網(wǎng)PHY模塊，完成WAN到LAN的數(shù)據(jù)交換功能；外接的SDRAM完成對數(shù)據(jù)包的緩存功能，由K4S161622H組成；xBridge2.0需要的工作時鐘頻率是50 MHz，由頻率50 MHz，頻偏50 ppm的晶振組成；電源和復(fù)位部分電路提供電路所需的3.3 V和2.5 V電源，提供電路所需的復(fù)位信號。

圖1 整體硬件結(jié)構(gòu)Fig.1 Whole hardware structure

2.2 以太網(wǎng)PHY模塊電路

以太網(wǎng)PHY模塊電路主要由AC101-TF及其外圍變壓器H1102等設(shè)計而成，完成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收處理。AC101-TF與xBridge2.0的MII接口電路連接如圖2所示。AC101-TF與變壓器連接至LAN接口上的電路連接如圖3所示。

圖2 以太網(wǎng)PHY模塊MII接口電路連接圖Fig.2 Connection diagram of ethernet PHY module MII interface circuit

2.3 E1接口模塊電路

E1接口模塊電路主要由XRT82D20及其外圍變壓器T1090等設(shè)計而成，完成將E1線路上的信號（雙極性HDB3碼）進(jìn)行阻抗匹配和極性變換，并將其轉(zhuǎn)換為HDLC幀的功能。反之則將HDLC幀轉(zhuǎn)換為雙極性HDB3碼輸出到線路上。XRT82D20與xBridge2.0的HDLC接口電路連接如圖4所示。XRT82D20連接至WAN上E1線路的電路連接圖如圖5所示。

圖3 LAN接口電路連接圖Fig.3 Connection diagram of LAN interface circuit

圖4 E1接口模塊HDLC接口電路連接圖Fig.4 Connection diagram of E1 module HDLC interface circuit

圖5 WAN接口電路連接圖Fig.5 Connection diagram of WAN interface circuit

2.4 SDRAM電路

SDRAM電路是設(shè)計來解決以太網(wǎng)接口和E1接口速率的差異的，由K4S161622H組成，以太網(wǎng)接口接收的數(shù)據(jù)包和E1信道傳來的有效數(shù)據(jù)包都是先放到緩沖存儲器進(jìn)行處理的。其電路連接圖如圖6所示。

圖6 SDRAM電路連接圖Fig.6 Connection diagram of SDRAM circuit

3 性能描述

該遠(yuǎn)程網(wǎng)橋的性能如下：

1）支持1路 10 Mbit/s或100 Mbit/s以太網(wǎng)電接口和1路E1（2.048 Mbit/s）接口；

2）具備鏈路、速率、雙工的自適應(yīng)功能；

3）支持全雙工流量控制；

4）支持75 Ω非平衡接口。

4 結(jié)束語

筆者介紹了一個基于xBridge2.0的遠(yuǎn)程網(wǎng)橋的設(shè)計及實(shí)現(xiàn)，并對網(wǎng)橋的各個組成模塊的電路和功能作了描述。該遠(yuǎn)程網(wǎng)橋已通過測試，經(jīng)過在與一局端的E1數(shù)據(jù)連接傳輸?shù)臋z驗(yàn)中，可以實(shí)時地傳送音頻、視頻數(shù)據(jù)，具有較好網(wǎng)絡(luò)速率。該設(shè)計已應(yīng)用于產(chǎn)品中，有很好的實(shí)際運(yùn)用價值。E1數(shù)字信號廣泛應(yīng)用于長距離干線的數(shù)據(jù)或語音傳輸業(yè)務(wù)，比如該遠(yuǎn)程網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)就給偏遠(yuǎn)地區(qū)計算機(jī)的互聯(lián)網(wǎng)接入提供了一種實(shí)用的解決方案。因而該遠(yuǎn)程網(wǎng)橋使以太網(wǎng)距離得以拉長，實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)的延伸。

[1]Radia Perlman.網(wǎng)絡(luò)互連：網(wǎng)絡(luò).路由器.交換機(jī)和互連協(xié)議[M].高傳善，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[2]nSYSTechnologies.XB2 Data Sheet Version 1.32[EB/OL].

[2007].http://www.nsystech.com/Eng/Product/GN_2_2_1.php.

[3]IEEE Std 802.3 Craaier sense multiple access with collision detection （CSMA/CD）access method and physical layer specifications[S].New York:The Institute of Electrical and Electronic Engineers，Inc， 2002.

[4]IEEE Std 802.1D-2004 Local and metropolitan area networks-Media access control （MAC）Bridges （Incorporates IEEE 802.1t-2001 and IEEE 802.1w）[S].New York:The Institute of Electrical and Electronic Engineers，Inc， 2004.

[5]Altima Communications Inc.AC101QF/TF Ultra Low Power 10/100 Ethernet Transceiver[EB/OL]. [2003].http://www.datasheetcatalog.org/datasheets2/15/159110_1.pdf.

[6]EXAR.XRT82D20 SINGLE CHANNEL E1 LINEINERFACE UNIT[EB/OL].[2006-08].http://www.exar.com/Common/Content/ProductDetails.aspxID=161&ParentID=3.