基于C6455的自適應(yīng)光纖／千兆網(wǎng)接口設(shè)計(jì)

摘要：本文以DSP芯片C6455為應(yīng)用平臺，介紹了一種自適應(yīng)的光纖和網(wǎng)絡(luò)接口通信設(shè)計(jì)方法。系統(tǒng)具有兩個光纖和網(wǎng)絡(luò)接口，可以自動識別所插入的設(shè)備，在不斷電情況下可以任意交換接口，無須用戶參與。文中詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：光纖;千兆網(wǎng)口;DSP;88E1111;C6455

引言

遵循IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)通信已經(jīng)應(yīng)用到較廣泛的場合。其具有連接方便、即插即用的特點(diǎn)。網(wǎng)線物理結(jié)構(gòu)一般使用五類或者六類屏蔽雙絞線，在由金屬制作的物體上傳遞信號，存在線纜衰減、串?dāng)_，受環(huán)境影響較大。在高速千兆長距離傳輸速度下，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)恼`碼率增加，傳輸性能下降較快，所以基于網(wǎng)線的傳輸距離一般不大于100 m。為了實(shí)現(xiàn)長距離通信，使用光作為傳輸媒介的光纖通信得到應(yīng)用和發(fā)展。光纖通信可以長距離進(jìn)行，光信號衰減小，抗串?dāng)_能力強(qiáng)。在使用10 μm的單模光纖時，傳輸距離高達(dá)5 000 m，滿足大部分應(yīng)用場合。

DSP(數(shù)字信號處理器)具有較高的工作頻率，其內(nèi)部集成硬件網(wǎng)絡(luò)MAC接口，外接一個物理層芯片就可以方便地實(shí)現(xiàn)千兆網(wǎng)絡(luò)通信?？梢酝ㄟ^硬件或者軟件配置方法實(shí)現(xiàn)千兆網(wǎng)絡(luò)和光纖接口的在線切換。本文介紹一種基于高速數(shù)字信號處理器的嵌入式千兆網(wǎng)接口設(shè)計(jì)，并通過軟硬件自適應(yīng)配置網(wǎng)絡(luò)或光纖接口。

1 C6455及其結(jié)構(gòu)

C6455是TI公司功能較強(qiáng)的定點(diǎn)DSP之一，其最高工作頻率達(dá)到1.25 GHz，單個指令周期可以運(yùn)行8條32位指令。全速運(yùn)行可以提供9 600 MIPS定點(diǎn)計(jì)算能力。C6455的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

C6455具有32 KB的一級數(shù)據(jù)Cache(L1D)、32 KB的一級程序Cache(L1P)以及較大容量的2 MB的2級存儲空間，芯片片內(nèi)有一個32 KB的ROM。C6455具有DDR2控制器接口，可以外接DDR2，直接尋址范圍達(dá)到512 MB。C6455的片內(nèi)外設(shè)有RapidIO、PCI、EMIF、千兆網(wǎng)口以及SPI、I2C總線、GPIO等接口。這些接口通過片內(nèi)的高速互聯(lián)總線和CPU處理器交互數(shù)據(jù)。千兆網(wǎng)口片內(nèi)集成MlAC層芯片，該MAC層芯片具有EMAC模塊和MDIO模塊。所以，C6455用于網(wǎng)絡(luò)通信，只需要外接一個物理層芯片就可以了。其中的MDIO模塊用于和物理層芯片建立連接，如果出現(xiàn)接口切換、掉電等情況，都可以通過MDIO接口獲得相應(yīng)信息。EMAC模塊用于數(shù)據(jù)的收發(fā)，C6455片內(nèi)集成8個8K的收發(fā)緩沖區(qū)。使用TI公司免費(fèi)提供的NDK(Net Development Kit)軟件，可以很方便地建立網(wǎng)絡(luò)通信。

2 88E1111及其結(jié)構(gòu)

能夠和C6455連接的物理層芯片很多，基本上大部分公司的物理層芯片都可以和C6455連接，但不同公司的芯片需要改變NDK軟件中的部分寄存器設(shè)置。本文使用Marvell公司的88E1111物理層芯片進(jìn)行光纖和千兆網(wǎng)絡(luò)的連接。88E1111的片內(nèi)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

網(wǎng)絡(luò)RJ45接口發(fā)送過來的數(shù)據(jù)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號經(jīng)過譯碼濾波和均衡后由接收單元傳輸?shù)組AC芯片，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的接收。 MAC發(fā)送的數(shù)據(jù)經(jīng)過整形濾波后由D/A轉(zhuǎn)換器變換成模擬信號發(fā)送到RJ45接口。為了降低誤碼，88E1111內(nèi)部具有PLL鎖相環(huán)、增益控制、時序控制和相位控制、回音抵消等模塊，這些模塊都是為了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，在不同環(huán)境或者不同外接設(shè)備下，都可以高速、可靠地通信。

圖2中的LED控制模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸時的燈光顯示，MDIO模塊建立鏈接，JTAG用于芯片仿真測試，時鐘模塊提供工作時鐘，電源復(fù)位用于啟動工作。

3 硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)主要包括C6455和88E1111的接口設(shè)計(jì)、88E1111和RJ45的接口設(shè)計(jì)、88E1111和光纖的接口設(shè)計(jì)、88E1111的硬件配置設(shè)計(jì)等幾個部分。

C6455和88E1111的接口電路如圖3所示。C6455采用RGMII(RedtJced Gigabit Media Independent Interface)接口，兼容10/100M工作方式。其中，RGTXC和RGRXC為發(fā)送和接收時鐘，在時鐘的上升和下降沿都可以傳輸數(shù)據(jù)，收發(fā)均采用4線，如圖3中的RGTXD[3：0]和RGRXD[3：0]引腳。RGTXCTL為發(fā)送使能引腳，RGRXCTL為接收控制引腳，該引腳電平出現(xiàn)上升沿時，表示接收數(shù)據(jù)有效。RGMDIO和RGMDCLK為MDIO模塊的數(shù)據(jù)和時鐘信號，用于C6455和88E1111建立連接。C6455可以通過該接口配置88E1111，或者讀取88E1111的信息。由于88E1111的MDIO模塊輸出為2.5 V電壓，而C6455采用1.5 V電壓，所以兩者之間需要增加電壓轉(zhuǎn)換芯片，本設(shè)計(jì)采用SN74TVC3306實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換，接口電路如圖4所示。