单位文秘网 2022-02-20 08:06:48 点击: 次
摘 要:为了实现高速USB与千兆以太网的转换连接,采用USB 3.0/千兆以太网专用转换控制芯片AX88179设计了USB/以太网转换器,并在充分说明AX88179芯片特性的基础上,给出了其以太网转换器的硬件电路设计方案及设计注意事项。
关键词:高速;USB;以太网;转换
中图分类号:TP336文献标识码:A文章编号:2095-1302(2012)07-0057-02
Design of USB 3.0/Gigabit Ethernet converter
SUN Jian-min
(School of Software Engineering, Tongji University, Shanghai 201804, China)
Abstract: To realize the connection between high speed USB and Gigabit Ethernet, a USB / Gigabit Ethernet converter is designed based on USB 3.0/ Gigabit Ethernet controller AX88179. A design scheme and design considerations of hardware circuit in the Ethernet converter are presented on the basis of the detailed explaination of AX88179 controller characteristics.
Keywords: high speed; USB; Ethernet; conversion
0 引 言
随着物联网技术的发展,各种电子设备通过互联网进行连接的需求日益旺盛,信息共享的程度要求在不断提高,这就要求电子设备具备网络接口。但在移动电子设备方面,为了方便移动和携带,这些设备在接口设计过程中,设备机身较薄而不能承载许多体积较厚的接口,因此只能舍弃VGA、RJ45接口,进而选择USB 3.0等超薄接口以降低厚度,同时保留超高效能,最终可采用USB/以太网转换器移动设备连接至以太网,为此,本文采用USB转10/100/1000M千兆以太网控制芯片AX88179来实现高速USB 3.0/千兆以太网转换器的设计。
1 USB3.0转10/100/1 000 M千兆以太网控制芯片AX88179
1.1 AX88179的基本特性
AX88179的USB接口符合USB 3.0/2.0/1.1规范,千兆以太网MAC及PHY兼容于IEEE 802.3、 IEEE 802.3u及 IEEE 802.3ab 协议。内置USB Host接口的微控制器搭配 AX88179,即可增加双绞线千兆以太网特性。此外,AX88179可在25 MHz频率下正常工作。
AX88179支持许多高级特性,包括IPv4/IPv6封包校验和承载引擎、双绞线交叉自适应、TCP大包传送承载及符合IEEE802.3az超节能以太网标准(Energy Efficient Ethernet,EEE)等。根据EEE协议,当以太网连接中没有数据流量时,AX88179会进入低功耗模式,以省掉不必要的耗电,让能源能更有效地被利用。在千兆模式时,还可支持绿色以太网Green Ethernet,并可自动侦测有线网络连接与使用状况,调整输出功率,以达到省电目的。此外,AX88179还支持网络远程唤醒(Wake-on-LAN)功能,当系统进入低功率状态后, 透过侦测网络连线状态变动、收到魔术包及Microsoft 唤醒包等事件可远程唤醒。
1.2 AX88179的规格特性
AX88179为单芯片USB3.0 转10/100/1000M千兆以太网控制器,可支持超节能以太网(EEE)标准。该控制器主要由USB 设备控制器和千兆以太网控制器组成,同时支持网络远程唤醒功能,并具有先进的电源管理功能。
AX88179中的USB 设备控制器具有集成USB 3.0 PHY 和控制器并兼容USB 3.0、2.0及1.1规范,支持所有USB 3.0 节能模式 (U0、U1、U2和U3),同时支持USB 超高速/高速/全速模式,电源驱动能力则支持总线供电模式和自供电模式,而且利用其独有的突发传输机制,可让USB 总线上的封包传输速率达到极致。
AX88179中的千兆以太网控制器可支持IEEE 802.3az (Energy Efficient Ethernet),同时兼容IEEE 802.3、802.3u 和802.3ab。AX88179中集成了10/100/1 000 Mb/s千兆以太网 MAC/PHY,故可支持绿色以太网,并可自动侦测有线网络连接和调整输出功率,以达到省电之目的(仅 Gigabit 模式),同时还支持并行检测及自动极性校正以及交叉检测及自动更正,也支持IPv4/IPv6 封包校验和卸除引擎,以减轻CPU的 负 载, 包 括 IPv4 IP/TCP/UDP/ICMP/IGMP、 IPv6 TCP/UDP/ICMPv6 checksum的产生及核对;此外,还支持TCP大量传送承载V1、全双工IEEE 802.3x流量控制及半双工背压流量控制,以及IEEE 802.1P 第2层优先编码和译码,支持 IEEE 802.1Q VLAN tagging 和两组VLAN ID过滤,所收到的4 字节VLAN Tag可以选择被剥除或保留,不仅如此,它也支持Jumbo frame,并具备 MAC/PHY自环诊断功能。
AX88179可以支持网络远程唤醒功能。它的网络远程唤醒功能包括两种模式:一是支持休眠模式和通过网络链接状态变动、收到魔术包、收到Microsoft 唤醒封包及外部唤醒引脚状态变动等事件进行远程唤醒 ;二是能够支持Bonjour唤醒需求。
AX88179带有先进的电源管理功能。其中包括支持电源管理及卸除 (ARP & NS),同时支持动态电源管理,以节省在空载、轻负载或断开网络线等状况下的功耗。当网络线被断开时,可从USB Soft-disconnected支持AutoDetach省电功能,同时支持先进的断电节能功能。
AX88179支持可选串行 E2PROM (93c56/66) 用来储存USB 描述符和Node-ID 等信息,同时支持嵌入式 eFuse (64 位) 储存 USB 描述符和Node-ID等信息, 可以替代外部存储的E2PROM。当上电启动后,支持自动从嵌入式 eFuse或外部E2PROM加载USB描述符和Node-ID 等信息。
AX88179采用25 MHz时钟输入,并可支持晶体及外部时钟,而且内置上电复位(Power-on reset)电路。
AX88179采用68引脚QFN(8 mm×8 mm)并符合ROHS/REACH规范。器件工作温度范围为:0~+70 ℃。
2 采用AX88179设计高速USB/以太网转换器
2.1 AX88179的组成结构
图1所示为AX88179组成框图,其内部主要由USB3.0转超高速以太网桥接、USB3.0内核和接口、锁相环时钟发生器、USB3.0物理层、通用I/O、eFuse和控制、封包缓冲SRAM、内存仲裁器、校验和卸载引擎、GMAC内核、千兆节能以太网物理层等部分组成。
2.2 AX88179的应用设计
图2所示为采用AX88179设计的USB 3.0转千兆以太网适配器的结构示意图, 其中AX88179的一端接USB Host,另外一端与以太网相连,其连接方式可以采用RJ45标准网络接口。
图3所示是采用AX88179设计的USB 3.0/千兆以太网转换器的硬件电路布局图。图中左侧为USB 3.0接口,右侧为RJ45接口,转换器中的存储器采用串行16位E2PROM芯片93C66,电源芯片采用高效脉冲宽度调整双通道DC-DC直流降压转换器RT8075,网络变压器选用Bothhand 的LA1S109-43 LF,晶体频率为25 MHz。
在进行USB 3.0/千兆以太网转换器的设计时,一般应注意几个问题:一是选择网络变压器的匝数比是1CT:1CT。二是时钟晶体频率选择25 MHz +30 ppm,负载电容CL为20 pF,等效串联电阻ESR最大为70 Ω,同时要在晶体两端连接一个1 MΩ的电阻。三是在AX88179应用中必须使用E2PROM,因为 AX88179的E2PROM内容中包括重要的硬件初始化数据(如USB描述符、产品信息、序列号等),这些配置数据将被用于正常工作模式下的AX88179的硬件初始化。四是每个AX88179设备必须分配一个独立的MAC地址。因为每个以太网设备必须有一个独立的MAC地址,所以,应该在每个AX88179的E2PROM 中分配一个独特的MAC地址。五是未必需要为每个AX88179设备设定一个独特的序列号。如果目标应用系统上安装超过一个基于AX88179的设备,应该在每个AX88179 设备的E2PROM中设置不同的序列号。如果目标应用系统总是只用一个AX88179 设备,考虑到量产的方便,所有的AX88179设备E2PROM中可使用相同的序列号,特别是计划重复使用一台Windows电脑平台用来做AX88179设备量产测试的情况。
3 结 语
AX88179是一款低价、小封装、高性能、高集成度、即插即用的USB 3.0转千兆以太网单芯片,可应用于台式电脑、笔记本电脑、超轻薄笔记本电脑、计算机扩展基座、游戏机、智能家电及任何具备标准USB端口的嵌入式系统。
参 考 文 献
[1] 李英伟,王成儒,练秋生,等.USB2.0原理与工程开发 [M].北京:国防工业出版社,2007.
[2] 薛园园.USB应用开发技术大全 [M].北京:人民邮电出版社,2006.
[3] 肖新峰.TCP/IP协议与网络管理标准教程 [M].北京:清华大学出版社,2007.
[4] 张诚, 罗丰. 基于千兆以太网的高速数据传输系统设计[J].电子科技,2011(1):44-46.
[5]卫建华,宋鹏. 低功耗的USB/以太网转换器设计[J].物联网技术,2011(1):76-78.
[6] 潘仕彬,潘绍明,罗功坤.基于嵌入式USB的以太网应用系统设计[J].微型机与应用,2009(24):36-38.
[7] 陈善荣,赵跃龙.一种基于USB总线的以太网接口卡技术[J].吉首大学学报:自然科学版,2007(1):48-51 .
[8] 江敏,张毅.基于RTL8150L的USB转以太网的设计[J].国外电子元器件,2007(12):62-64.
[9] 高振江.USB3.0通用串行接口技术[J].电子元器件应用,2009(7):77-80.
[10] 张昌骏.USB3.0的物理层测试简介与难点分析[J].国外电子测量技术,2010(4):10-14.
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