KS8993高性能开关电路及其应用
1 简介
kendin推出的ks8993是业界第一款高性能以太网快速交换电路，包括3端口10/100物理层收发器、3个带有二层交换机和缓存的mac单元，集成了10baset/100basetx/100basefxphy和16k×32 sram缓冲区，它的带宽可以达到1Gbps。具有功耗低、功能全、调试方便等特点。
ks8993主要有以下特点：
符合IEEE 802.3以太网标准和IEEE 802.3μ快速以太网标准；
支持基于端口的vlan、基于硬件的10/100速率转换和自动协商机制；
支持10m/100m和全双工/半双工自适应功能；
支持全双工IEEE802.3x流控和半双工流控；
片上集成地址比较引擎，地址自动分析、老化移位；
mac地址自学习和自更新功能；
可支持优先排队、非屏蔽双绞线和光纤；
采用 128 引脚 pqfp 型封装。
2 内部结构
图1是ks8993内部结构框图。下面介绍ks8993中各个主要模块的原理。
(1) 地址比较引擎
ks8993内置地址对照表，存储mac地址及相关信息。该表能够提供 1k 字的 48 位中央地址存储器地址和交换信息。
(2)sram缓冲区
ks8993 有一个内置的 16k 字 32 位 sram 缓冲区用于存储帧。该资源由电路的 3 个端口共享。每个端口分配多少缓冲空间可以由系统设置决定。
(3) 流量控制
在ks8993中，帧接收和发送支持802.3x标准。ks8993 刚刚收到一个数据包。如果数据包的目标端口资源被占用，ks8993将对接收数据包的端口进行流控。这时，ks8993会发出一个暂停时间最长的流控帧。一旦目标端口资源被释放，ks8993 会在没有暂停时间的情况下发送其他帧。
3 ks8993输入接口和输出接口
如图2所示，ks8993的输入接口和输出接口主要分为：物理接口、mii接口、串口网络接口、led指示灯接口、非管理编程接口、控制等接口、出厂测试接口、电源和接地接口。
3.1 物理接口
ks8993分别提供3路收发信号接口，分为变压器和光纤两种模式，连接到媒体介质上。在光纤模式下，三路光信号检测接口连接到光纤信号检测输出端口，完成光信号检测。还需要设置发射数据的分接变压器参考值和发射电流值。
3.2 媒体独立接口（mii）
媒体独立接口（mii）的作用是使物理层能够支持不同的媒体类型。mii pin信号包括接收、发送数据、发送使能、冲突监控、收发时钟、故障指示。还提供了运营商活动、碰撞检测和管理接口信号。数据通过 mii 的速率是每个时钟周期一个半字节（4 位），或 25mbps。
mii 在前进和后退模式下工作。forward模式下，ks8993的mac3与外部phy通信；在后向模式下，外部mac与ks8993的phy3通信。
3.3 串行网络接口
串行网络接口与用于网络层协议处理的控制器兼容，并且可以直接与这些类型的设备接口。传输信号分为两类：一类负责传输，包括传输使能、冲突检测、数据串行传输、传输时钟。另一类负责接收寄存器传输级，包括载波侦听、串行接收和接收时钟。
3.4 led指示灯接口
状态指示信号可设置为速度指示、冲突指示、全双工/半双工指示等。可根据需要连接一定数量的LED灯来指示电路的工作状态。
3.5 非托管编程接口
根据功能表设置modesel[3:0]引脚电平，指定led的工作模式。设置 mtxd[3:1] 引脚启用全双工和半双工模式。设置 miis[1:0] 引脚，使 ks8993 的 mii 接口工作在正向或反向模式。将mrxd[0]引脚设置为高电平，ks8993可以关闭mac3的自动协商功能。设置mrxd[3]管脚为低电平，使ks8993的mac3工作在半双工模式。等等，灵活设置这些非管理编程接口的级别，还可以实现自动协商机制、mac地址自学习、符合802.1p的优先级排队、自更新等功能。
3.6 控制等接口
连接外部晶振或输入时钟信号和系统复位信号。
3.7 电源和接地接口
ks8993采用单2.5v工作电压，包括收发驱动在内的总功耗为300ma（750mw），具有低损耗特性。
4 典型应用
ks8993 包含 3 端口 10/100 自适应物理层收发器和 3 个带有第 2 层交换机的 mac 单元。
在实际应用中寄存器传输级，ks8993既可以配置成独立的3口设备，如图3（a）所示，也可以配置成双口设备来满足需要（比如连接dsl到一个ip 电话和电脑）。添加一个表单的mii端口，如图3(b)所示。mii 端口可以连接外部处理器用于路由目的和公共网络访问。
图4是ks8993在ip phone中的应用。端口 1 连接个人电脑，端口 2 连接手机，端口 3 设置为 mii 端口用于路由目的。
ks8993 的每个端口都有一个 3 位的 vlan 掩码寄存器（pv1、pv2 和 pv3）。通过在寄存器中设置掩码，可以设置ks8993中3个端口的功能，其中典型的应用是将2个端口设置为转换器，另一个端口设置为路由器。为此，将 3 个 vlan 掩码寄存器设置为 pv1(1,0,1)、pv2(0,1,1) 和 pv3(1,1,1)。在此设置中，可以使用ks8993连接2个vlan，vlan1包括端口1和端口3，vlan2包括端口2和端口3。当vmdis(vlan mismatch discard)=1时，端口1和端口2不能直接通信。此时，端口3需要在端口1所属的vlan1和端口2所属的vlan2之间进行路由。vmdis=0时，如果端口收发广播包，所有端口都可以直接通信；如果端口发送和接收多播数据包，这些数据包的传输将被限制在同一个 vlan 中。vmdis=0 特性常用于广播/组播协议转换。
5 结论
使用ks8993时需要注意：反向操作时，mii接口不向ks8993提供接收错误信号，而在正向模式下，不提供发送错误信号；必要时，当ks8993达不到发送端电压值（约2.2v或高至2.2v）时，可将电源电压提高到2.65v；接线时，模拟地和数字地应分开，只在电源处单点连接，以防干扰。