單片機(jī)控制的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

唐建宏

摘要：隨著信息技術(shù)的不斷提高以及大數(shù)據(jù)理念與應(yīng)用的不斷深入，智能控制的單片機(jī)與以太網(wǎng)交換機(jī)之間的聯(lián)系日益緊密，其軟件、硬件的設(shè)計(jì)與研發(fā)也在不斷地進(jìn)步。本文基于以太網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與單片機(jī)智能控制之間的軟件設(shè)計(jì)、PC管理程序、硬件電路等內(nèi)容進(jìn)行分析，探討網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)之間的資源與自身配置、管理和運(yùn)行，以便于提高數(shù)據(jù)傳輸、處理的速度，拉近人與人之間、人與社會(huì)之間的距離，促進(jìn)全球經(jīng)濟(jì)的緊密聯(lián)系與發(fā)展。

關(guān)鍵詞：交換機(jī)；單片機(jī)；網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)；技術(shù)研發(fā)

一、 前言

在計(jì)算機(jī)理論與研發(fā)技術(shù)的日益提高、計(jì)算機(jī)性能優(yōu)化、信息傳遞加快的時(shí)代背景下，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)的不斷深入，對計(jì)算機(jī)的通信量、硬件性能、軟件操作技術(shù)等領(lǐng)域的要求也越來越高。但是，從通信市場與數(shù)據(jù)流通市場的反饋來看，傳統(tǒng)的局域網(wǎng)已經(jīng)顯露出了捉襟見肘的頹勢，這就給交換式的以太網(wǎng)技術(shù)帶來了發(fā)展的契機(jī)。而網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)因其自身的架構(gòu)與軟件設(shè)計(jì)特性而能夠增加帶寬，因地制宜地建立起分散的網(wǎng)絡(luò)與端口，能夠極大地滿足企業(yè)等使用者與電信寬帶等運(yùn)營商之間的需求與和諧關(guān)系的要求。

二、 單片機(jī)的概述

單片機(jī)是一種嵌入型微控制器，主要是一種集成計(jì)數(shù)器/定時(shí)、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口、中央處理器的集成芯片微型計(jì)算機(jī)，具有體積小、輸出和輸入接口簡單、成本低等特點(diǎn)，與微型計(jì)算機(jī)中最小的系統(tǒng)可以相媲美，主要被運(yùn)用于手機(jī)、鼠標(biāo)、掌上電腦、電子玩具等電子產(chǎn)品，分為總線型/非總線型、專用型/通用型、家電型/工控型等類型。其中在通用專用領(lǐng)域中最為突出的就是電子體溫計(jì)中的運(yùn)用，在單片機(jī)內(nèi)集成ADC接口的溫度測量控制電路；控制型的微器件、外設(shè)接口集成度高、小封裝且價(jià)格低，最為明顯的就是80C51類型單片機(jī)，可以作為總線型、通用型、工控型三類使用。單片機(jī)的運(yùn)行是自動(dòng)執(zhí)行指令的過程，而單片機(jī)所能執(zhí)行的指令統(tǒng)稱為指令系統(tǒng)，不同類型的單片機(jī)有不同的指令系統(tǒng)，其中程序計(jì)數(shù)器PC是將一條條順序存放的指令順序執(zhí)行并追蹤指令所在地的部件，其增加量是由指令長度決定的，以保證指令順序執(zhí)行。

三、 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)

（一） 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)概述

網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)是為子網(wǎng)提供更多連接端口、能夠連接更多電腦的擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，具有靈活度高、易于實(shí)現(xiàn)、性能價(jià)格比高、相對簡單等特點(diǎn)，從廣義上分類為局域網(wǎng)交換機(jī)與廣域網(wǎng)交換機(jī)兩種，而從狹義的角度來說，依據(jù)不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)可以有多種分類。例如，以其網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成方式的復(fù)雜性可以分為核心層交換機(jī)（由機(jī)箱式模塊化設(shè)計(jì)、1000BaseT模塊配套而成）、匯聚層交換機(jī)（由多個(gè)1000BaseT端口或1000BaseX等其他形式端口、固定和機(jī)箱式端口設(shè)計(jì)而成）、接入層交換機(jī)（支持1000BaseT以太網(wǎng)交換機(jī)的端口式交換機(jī)），而局域網(wǎng)交換機(jī)因其適應(yīng)的快速以太網(wǎng)、以太網(wǎng)、ATM、FDDI、令牌環(huán)網(wǎng)等多樣環(huán)境而分為快速以太網(wǎng)交換機(jī)、以太網(wǎng)交換機(jī)、ATM交換機(jī)、FDDI交換機(jī)、令牌環(huán)網(wǎng)交換機(jī)等種類；按照OSI七層網(wǎng)絡(luò)模型來劃分，可以將其分為第四、第三、第二層至第七層交換機(jī)，一般在MAC地址作業(yè)的第二層交換機(jī)運(yùn)用得最為頻繁，多用于網(wǎng)絡(luò)的匯聚層與接入層；依據(jù)架構(gòu)的特點(diǎn)來劃分，可以分為不帶擴(kuò)展槽固定配置式、帶擴(kuò)展槽固定配置式、機(jī)架式交換機(jī)三類，其中機(jī)架式交換機(jī)的擴(kuò)展性能較強(qiáng)，能夠滿足于多類型的網(wǎng)絡(luò)，多被高端交換機(jī)采用，但是不帶擴(kuò)展槽的固定式配置交換機(jī)因其價(jià)格低廉、一般僅支持以太網(wǎng)而多被運(yùn)用于辦公室或企業(yè)環(huán)境中的局域網(wǎng)，同時(shí)也是行業(yè)中運(yùn)用最為廣泛的一類。

（二） 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的性能要求

隨著人們對網(wǎng)絡(luò)高寬帶、安全性能的要求越來越高，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展迎來了一個(gè)高速發(fā)展的峰值，而不同的交換機(jī)對電路性能、硬件設(shè)計(jì)、軟件編程都有著不同的要求。例如，選取由3個(gè)八口交換芯片、AL101芯片的ROX總線組成的交換機(jī)（24端口/1個(gè)），對電路性能有著極高的要求，特別是在ESD、EMC上，因其高速PCB電路板的運(yùn)行要求而具有更高的要求，這就需要將晶振的精度控制在 50PPM 范圍內(nèi)，選用50MHZ、75MHZ的高速時(shí)鐘，且時(shí)鐘分配之間的差距要控制在2ns之內(nèi)。

（三） 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的軟件設(shè)計(jì)

從單片機(jī)的結(jié)構(gòu)來看，將其運(yùn)用在網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的軟件設(shè)計(jì)中，那么在整個(gè)設(shè)計(jì)的過程和整體要求下，其控制軟件將會(huì)被賦予完成讀寫寄存器和與PC之間的通信，在這個(gè)模型單元內(nèi)盡可能地配置好各類型適應(yīng)交換機(jī)工作的模式，提高交換機(jī)的適用性與靈活性；在串口與微控制器之間配置一個(gè)電平轉(zhuǎn)換芯片，用于完成PC與微控制器之間的信號轉(zhuǎn)換、傳輸，創(chuàng)造不同的工作模式，如鏡像設(shè)置、10/100M速率設(shè)置、廣播風(fēng)暴控制等模式。而在單片機(jī)軟件的特殊設(shè)計(jì)外，對于PC管理程序也需要優(yōu)化編程與設(shè)計(jì)，如在管理程序的設(shè)計(jì)中采用VB語言編程，配設(shè)易懂的軟件，提高用戶的自主能動(dòng)性，同時(shí)能夠容易地對網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)行配置。

四、 結(jié)語

在大數(shù)據(jù)時(shí)代不斷推進(jìn)，電子設(shè)備高性能、高帶寬、多端口、大通信量的背景下，加強(qiáng)對單片機(jī)控制的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的硬件設(shè)備研發(fā)、軟件設(shè)計(jì)優(yōu)化有著重要的積極意義，對計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子信息工程技術(shù)的發(fā)展有著極大的影響。在以AL101芯片為ROX總線的單片機(jī)條件下，將其控制性能賦予在網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)上，主要體現(xiàn)在其不同工作模式的設(shè)置、電路的優(yōu)化等方面，能夠有效地促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)對不同用戶需求的滿足度，也能夠促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)（以單片機(jī)控制為主）的推廣與應(yīng)用，從而反哺信息數(shù)據(jù)、信號的傳輸與交換，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、文化的全球性、多元化發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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