随着以太网技术的迅速发展及其在商用领域的应用日渐广泛，越来越多的工业控制设备也逐渐使用以太网并采用ＴＣＰ／ＩＰ协议作为主要的通信标准。虽然应用于工业控制领域的以太网标准与商用以太网相同，但在工业控制领域，还需要网络能在比较恶劣的工作环境下稳定地工作。因此控制工程网版权所有，用来连接工业设备的网络产品需要经过特别设计，才能提供工业级的可靠性，以满足长期连续运行的需求。另外，在工业控制领域，所需连接的设备分布较分散，单个地方连接设备少，这就对支持光纤冗余环路的８端口的光纤网络交换机产品有了较大需求。为了实现光纤冗余环路功能，需要采用高性能的微处理器实现网络的管理和控制功能，并采用高性能的网络交换芯片实现基本的１０／１００Ｍ以太网交换功能。

       下面主要介绍ＣＰＵ采用３２位ＡＲＭ内核微处理器、具有６个１０／１００Ｍ双绞线端口和两个１００Ｍ光纤端口、可实现冗余环路功能的工业以太网交换机的软、硬件设计思路。

１ 硬件设计

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１．１ ＣＰＵ模块

       ＣＰＵ模块又可以划分为两部分，即电源部分和ＣＰＵ及外围电路部分，原理框图见图１。

       ＭＡＸ７８８是开关稳压管，该稳压管的输出电压为３．３Ｖ，输出最大电流为５Ａ，输入电压范围为８Ｖ～４０Ｖ，内部开关频率为１００ｋＨｚ。

       交换机的ＣＰＵ选用Ａｔｍｅｌ公司的３２位ＡＲＭ内核微处理器芯片ＡＴ９１Ｍ４０８００，ＲＡＭ采用高速２５６Ｋ×１６位的ＳＲＡＭ ＣＹ７Ｃ１０４１ＢＶ３３。

       ＦＬＡＳＨ存储器２９Ｗ４００用来保存程序和一些配置信息，它的容量为２５６Ｋ×１６位。ＡＴ９１Ｍ４０８００的串口扩展一个ＲＳ－２３２接口，ＰＣ机通过ＲＳ－２３２口直接对交换机进行一些管理和设置。ＭＡＸ８２３是一个带ＷＡＴＣＨＤＯＧ功能的电源监视芯片，提供可靠的复位信号。

       ＣＰＵ模块和交换模块之间通过４０芯的插座进行连接，主要对交换芯片实现寄存器设置和网络数据读写功能。ＪＴＡＧ端口实现对ＡＴ９１Ｍ４０８００的实时仿真和将程序下载到ＦＬＡＳＨ存储器中。

１．２ 交换模块

        交换模块主要由ＭＡＣ层主交换芯片ＶＴ６５１０Ｂ和物理层芯片ＲＴＬ８２０８组成。主交换芯片采用ＶＩＡ公司生产的ＶＴ６５１０Ｂ，该芯片有９个１０／１００Ｍ端口和１个１Ｇ端口，内嵌３８４ＫＢ的控制ＲＡＭ和包交换缓冲ＲＡＭCONTROL ENGINEERING China版权所有，可以实现完整的交换功能；另外提供主机接口控制工程网版权所有，以便外部ＣＰＵ对本交换芯片进行初始化和管理。

       ８个１０／１００Ｍ端口通过ＲＭＩＩ接口与Ｒｅａｌｔｅｋ公司生产的物理层芯片ＲＴＬ８２０８连接。ＲＴＬ８２０８芯片共集成了８个物理层的端口，这８个端口可以配置成采用１０／１００ＢＡＳＥ－ＴＸ（双绞线接口）或１００ＢＡＳＥ－ＦＸ（光纤接口）。本系统采用了６个１０／１００ＢＡＳＥ－ＴＸ端口和两个１００ＢＡＳＥ－ＦＸ端口。６个１０／１００ＢＡＳＥ－ＴＸ端口需要通过隔离变压器ＨＲ６０４００９与ＲＪ－４５接口连接www.cechina.cn，ＨＲ６０４００９是一个提供４路ＲＪ－４５接口的隔离变压器。两个１００ＢＡＳＥ－ＦＸ端口可以直接与光纤收发器Ｖ２３８２６连接CONTROL ENGINEERING China版权所有，该收发器提供单模ＳＣ接口。

        另外，物理层芯片ＲＴＬ８２０８可以通过串行移位寄存器７４ＨＣ１６４外接ＬＥＤ发光管输出显示每个网络端口的状态。

        由于ＶＴ６５１０Ｂ和ＲＴＬ８２０８的核心工作电压是２．５Ｖ，所以还要采用低压降的稳压芯片ＭＡＸ１８１８把３．３Ｖ的电压降到２．５Ｖ。

交换模块的原理框图见图２。

２ 软件设计

       本交换机软件设计的主