虹口網(wǎng)絡連接器規(guī)格

摘要：為了得到比傳統(tǒng)片上網(wǎng)絡的網(wǎng)絡資源接口(NI)更高的數(shù)據(jù)傳輸效率和更加穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸效果，提出了一種新的高效網(wǎng)絡接口的設計方法，并采用Verilog HDL語言對相關模塊進行編程，實現(xiàn)了高效傳輸功能，同時又滿足核內路由的設計要求。最終通過仿真軟件Xilinx ISE Design Suite 12．3和ModelSim SE 6．2b得到了滿足設計要求的仿真結果。隨著納米時代的到來，集成電路工藝不斷的發(fā)展，特別是VISI設計技術的進步，系統(tǒng)級芯片的設計迎來了巨大的挑戰(zhàn)，而這個挑戰(zhàn)的的關鍵就是怎么樣實現(xiàn)更高的通信效率。這個問題的出現(xiàn)也預示著多核技術時代的到臨。為了應對這個挑戰(zhàn)，人們提出了片上網(wǎng)絡(Network On Chip，NoC)的概念。片上網(wǎng)絡(NoC)移植了網(wǎng)絡通信的方式，進而來解決多核時代的IP核互聯(lián)通信的問題。由于片上網(wǎng)絡(NoC)具有優(yōu)秀的可擴展性和相對較好的功耗效率，目前已經(jīng)被大多數(shù)人認為是解決當前甚至未來芯片設計中關于通信問題的最重要的技術之一。1 NoC簡介為傳統(tǒng)2D-MESH結構的NoC示意圖。圖中明顯可以看出片上網(wǎng)絡(NoC)主要由4部分組成：資源節(jié)點(IP核)、路由節(jié)點、網(wǎng)絡接口NI(Network Interface)和全局鏈路。其中網(wǎng)絡接口NI就是連接IP核與通信網(wǎng)絡的橋梁，同時網(wǎng)絡接口NI的設計也是片上網(wǎng)絡(NoC)設計技術中重要的一環(huán)。網(wǎng)絡接口NI使NoC實現(xiàn)了計算資源與通信網(wǎng)絡部分的分離，允許IP核和網(wǎng)絡通信結構分別獨立進行設計，使計算資源相對網(wǎng)絡更加透明，從而實現(xiàn)不同資源間的互聯(lián)，提高了設計的重用性。網(wǎng)絡接口NI主要面向地址信號，數(shù)據(jù)的打包、解包、編碼，同步等方面的問題。文獻提出的是一種既滿足擔保服務又滿足最大努力服務的網(wǎng)絡接口NI，但是此網(wǎng)絡接口NI主要應用于AEthereal系統(tǒng)中。文獻介紹了一種以OCP從模塊存在的網(wǎng)絡接口，應用于XpIPes系統(tǒng)。2 通用網(wǎng)絡接口NI的結構及模塊功能網(wǎng)絡接口的作用主要基于網(wǎng)絡中關于信息包信息的傳輸，并且將其轉換成資源模塊可用的形式。它的主要功能包括3個方面：提取關于IP核與網(wǎng)絡之間的通信協(xié)議；支持任何IP核與網(wǎng)絡接口連接；對數(shù)據(jù)進行打包和解包。當數(shù)據(jù)在NoC中傳輸時，網(wǎng)絡接口將主IP核中的數(shù)據(jù)進行打包，并進行校驗，然后將其傳輸?shù)铰酚晒?jié)點進入網(wǎng)絡，最后由目的IP核的網(wǎng)絡接口進行解包，校驗進入到目的IP核中。圖2是通用網(wǎng)絡接口的結構模塊圖，如圖2所示其主要由通用核接口、數(shù)據(jù)打包單元、數(shù)據(jù)解包單元、存儲單元和異步FIFO構成。數(shù)據(jù)打包單元主要將來自IP核的信息進行打包，其首先將信息轉換成流控單元(flit)，然后在網(wǎng)絡中進行傳輸，其主要由包頭編碼單元，數(shù)據(jù)處理單元和FIFO控制單元構成。而解包單元主要是將數(shù)據(jù)包進行轉換，滿足目的IP核所需要的數(shù)據(jù)形式。數(shù)據(jù)打包單元和數(shù)據(jù)解包單元共享網(wǎng)絡接口中的存儲單元，這樣做主要是易于鏈接不同模塊。3 高效網(wǎng)絡接口的設計3．1 總體結構的設計與分析本文主要是設計一種高效的網(wǎng)絡接口使其滿足數(shù)據(jù)的快速傳輸，同時能承受高的通信壓力，使其也可用于核內路由的數(shù)據(jù)傳輸。核內路由及將傳統(tǒng)的路由節(jié)點嵌入到IP核中，與IP核共享存儲單元，益于IP核與網(wǎng)絡通信部分數(shù)據(jù)傳輸加速，以便于加快整個NoC的網(wǎng)絡通信速率。據(jù)文獻可知，核內路由也將是NoC發(fā)展的重要方向之一。如圖3所示，本文設計的網(wǎng)絡接口主要包含數(shù)據(jù)接收，數(shù)據(jù)發(fā)送，緩沖區(qū)模塊和寄存器控制組4部分。當原始數(shù)據(jù)從IP核傳輸?shù)奖揪W(wǎng)絡接口，首先由數(shù)據(jù)接收模塊將原始數(shù)據(jù)打包，并將其分為多個片(flit)。通常數(shù)據(jù)包被分為：Head flit，Datel flit，Date2 flit，Tailflit等4部分，而本網(wǎng)絡接口將其壓縮為Head flit，Datel flit，Date2 and control flit三部分，主要是將Tailflit壓縮到傳統(tǒng)Data2 flit中，因為Tail flit中只含有一個完成控制信號，所以將其合并到最后一個數(shù)據(jù)片上，通過寄存器控制模塊控制發(fā)送，通過網(wǎng)絡到達目的網(wǎng)絡接口，由其將接受到的數(shù)據(jù)包進行解包，滿足目的IP核的需求，同時傳輸?shù)侥康腎P核。由于本網(wǎng)絡接口也可以嵌入到IP核中，因此可以提前將Head flit發(fā)送出去，使Head flit的發(fā)送與數(shù)據(jù)打包并行處理。這樣就加速了數(shù)據(jù)的傳輸速率。此模塊主要是完成接收路由節(jié)點發(fā)出來的數(shù)據(jù)包以及本地IP核發(fā)出的數(shù)據(jù)包。其結構如圖4所示，由數(shù)據(jù)接收邏輯控制模塊和數(shù)據(jù)接收狀態(tài)機模塊。 此模塊主要工作流程為：接收控制邏輯模塊→產(chǎn)生緩存地址和有效信號→狀態(tài)機模塊→產(chǎn)生接收數(shù)據(jù)的狀態(tài)。簡單狀態(tài)圖如圖5所示。當系統(tǒng)復位，整個狀態(tài)機處于空狀態(tài)(idle)，當同時接收到有效的數(shù)據(jù)信號和信道控制信號時，進入接收數(shù)據(jù)長狀態(tài)(r_length)。隨著clk上升沿的到達，順序進入接收數(shù)據(jù)目的地址的狀態(tài)(r_desti_addr)，接收源地址狀態(tài)(r_source_addr)，接收數(shù)據(jù)狀態(tài)(r_receive)。數(shù)據(jù)接收完成后，置數(shù)據(jù)傳輸完成信號無效后，狀態(tài)機恢復初始狀態(tài)(idle)。3．3 數(shù)據(jù)發(fā)送模塊的設計此模塊主要是將從路由節(jié)點得到的數(shù)據(jù)發(fā)送給IP核，或者是將從IP核得到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵ㄐ啪W(wǎng)絡中去。設計思路同數(shù)據(jù)接收模塊相似。結構圖如圖6所示分為2部分：數(shù)據(jù)發(fā)送控制邏輯模塊和數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)機模塊。其狀態(tài)機的轉移圖如圖7所示。簡述：idle→(有效數(shù)據(jù)發(fā)送信號)ask(信道請求信號)→(響應信道請求)buf_en→(clk上沿)t_length→t_date→(數(shù)據(jù)信號完成響應)idle。3．4 寄存器控制組模塊的設計此模塊主要分為：狀態(tài)寄存器，邏輯控制寄存器，接收數(shù)據(jù)長寄存器，接收數(shù)據(jù)源地址寄存器。4個寄存器都為8位寄存器。滿足了各節(jié)點對網(wǎng)絡接口的控制。表1為狀態(tài)寄存器。當前網(wǎng)絡接口的工作狀態(tài)有表中寄存器的低兩位所代表。“0”代表處于r_date，“1”代表處于s_date。4 系統(tǒng)仿真與驗證結果 本文設計的網(wǎng)絡接口主要是使用Xilinx ISE Design suite 12．3和ModelSim SE 6．2b仿真軟件進行仿真和驗證。圖8是網(wǎng)絡接口中數(shù)據(jù)接收模塊功能仿真圖，圖9是數(shù)據(jù)發(fā)送模塊功能仿真圖。實驗主要是通過主時鐘控制數(shù)據(jù)的發(fā)送，采用50 MHz的時鐘，每2個時鐘發(fā)送一個IP核數(shù)據(jù)，發(fā)送完成的到flag標識。從結果可以看出此設計便于加快數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡中的傳輸效率。實驗中源IP核輸出數(shù)據(jù)為32位，通過NI1把數(shù)據(jù)分為高16位和低16位輸出，到達目的NI2，通過NI2把數(shù)據(jù)合并為32位，最終輸入到目的IP核內。結果顯示，數(shù)據(jù)傳輸過程數(shù)據(jù)保持了較強的穩(wěn)定性，同時發(fā)送與接收都準確的做出了應答，達到了設計要求。5 結語本文設計的網(wǎng)絡接口主要是針對對數(shù)據(jù)傳輸速率要求較高，對傳輸效果穩(wěn)定性要求較高的NoC體系。通過實驗基本實現(xiàn)了設計要求，同時此網(wǎng)絡接口具有較強的實用性，對與今后核內路由的研究具有重要的意義。

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路由器是一種負責尋徑的網(wǎng)絡設備，它在互連網(wǎng)絡中從多條路徑中尋找通訊量最少的一條網(wǎng)絡路徑提供給用戶通信。路由器有兩大典型功能，即數(shù)據(jù)通道功能和控制功能。數(shù)據(jù)通道功能包括轉發(fā)決定、背板轉發(fā)以及輸出鏈路調度等，一般由特定的硬件來完成?？刂乒δ芤话阌密浖韺崿F(xiàn)，包括與相鄰路由器之間的信息交換、系統(tǒng)配置、系統(tǒng)管理等。交換是一個涵義廣泛的詞語，當它被用來描述數(shù)據(jù)網(wǎng)絡第二層的設備時，實際指的是一個橋接設備。而當它被用來描述數(shù)據(jù)網(wǎng)絡第三層的設備時，又指的是一個路由設備。即交換機和路由器都可用來交換網(wǎng)絡設備，只是所交換的網(wǎng)絡層次不同。同時交換機和路由器都可以用來上網(wǎng)，都是用來擴展網(wǎng)絡的。傳統(tǒng)的交換機只能分割沖突域，不能分割廣播域；而路由器可以分割廣播域。由交換機連接的網(wǎng)段仍屬于同一個廣播域，廣播數(shù)據(jù)包會在交換機連接的所有網(wǎng)段上傳播，在某些情況會導致通信擁護和安全漏洞。連接到路由器上的網(wǎng)段會被分配成不同的廣播域，廣播數(shù)據(jù)不會穿過路由器。雖然第三層以上交換機具有VLAN功能，也可以分割廣播域，但是各子廣播域之間是不能通信交流的，它們之間的交流仍然需要路由器。路由器提供了防火墻的服務，它僅僅轉發(fā)特定地址的數(shù)據(jù)包，不傳送不支持路由協(xié)議的數(shù)據(jù)包傳送和求知目標網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包的傳送，從而可以防止廣播風暴。

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一、 RJ45連接器觸點的端接分類如下。端接方式分為分離式連接和長久性連接：1.分離式連接：有三種方式：彈簧施加的直接接觸壓力、螺釘產(chǎn)生的直接接觸壓力和楔塊產(chǎn)生的接觸壓力。接觸點有摩擦問題。典型端子，如螺釘固定端子和插入式端子；2.長久性連接：有多種方法，如釬焊、銅焊、點焊、導電膠粘接等；通過機械方法實現(xiàn)的長久性電氣連接，如壓接、纏繞、冷焊、鉚接等二、 RJ45連接器觸點端接是一種常見的端接方法1.接焊一般包括導線和觸點的接焊以及觸點和印制板的接焊。通常通過手動和波峰焊連接。其原理是，焊錫“潤濕”其他金屬的表面，并形成一個錫-接焊組合，其中存在各種物理、化學和冶金力和效應的復雜交織。牢固結合的關鍵因素包括控制接焊溫度、控制接焊時間、清潔接焊表面等。如果需要助焊劑和焊料，由于各種不當操作，焊點的微觀結構可能存在隱患；2、壓接：壓接可靠性高，操作方便，速度快，對人員素質要求低，可避免化學污染和熱污染。卷曲有多種形式。圓柱形壓接常用于軍工產(chǎn)品中，可分為可拆卸和可更換或不可拆卸和可更換。要緊的是導線、端子和操作工具之間的正確配合。此外，剝線時不應損壞導線，導線的插入應適當。壓接工具包括手動壓接鉗、自動或半自動壓接機等。3.纏繞是指在張力下纏繞導體，將實心導體纏繞在帶有棱角的圓柱形桿上，使其在棱角處變形，從而使導體與圓柱形桿之間形成氣密接觸面。繞組的技術要求見mil-std-1130。有手動卷繞槍和程控自動卷繞設備。繞組有兩種類型：一種是繞在立柱上的所有導線都是線；其次，根部的一圈是帶絕緣護套的導體。繞組突出的特點是其高可靠性，比接焊高2-3個數(shù)量級，操作簡單，在繞組錯誤或線路改進時易于拔出導線。然而，幾乎所有的電流都流經(jīng)前幾圈導線，這需要繞組空間，僅適用于小截面的單股軟導線，因此其使用受到束縛；4.插入是一種可分離的物理連接方法，即將引腳和總線連接器的終端部分插入多層印制板的金屬化孔中，終端部分的彈性結構與金屬化孔接觸。5.穿刺實際上是針腳和總線連接器的觸點與帶狀電纜之間的壓接。有兩種方式：一種是刺穿絕緣層（周圍導線壓接）；其次，一定要刺穿導線本身形成壓接（刺穿導線壓接）。

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摘要：介紹了一種基于AX88796B的網(wǎng)絡接口設計。詳細介紹了該網(wǎng)絡芯片的硬件結構和功能特性。創(chuàng)新完成了AX88796B與DSP處理器TMS320C 6722連接的硬件設計和軟件驅動設計。涉及的關鍵技術主要有AX88796B的本地總線連接、物理層網(wǎng)絡驅動的設計、網(wǎng)絡報文的發(fā)送、網(wǎng)絡報文的接收，以及協(xié)議層軟件的開發(fā)。系統(tǒng)完成后與其他網(wǎng)絡設備連接，經(jīng)測試，網(wǎng)絡通信穩(wěn)定可靠，在100 Mb／s的速度，負荷超過90％的情況下，沒有丟包和錯包出現(xiàn)，可以滿足大數(shù)據(jù)量、高速通信的要求。1前言美國TI公司的TMS320C6722是一款主要面向嵌入式應用的高性能32位DSP，它數(shù)據(jù)運算處理能力可達2 000 MIPS和1 500 FLOPS，具有豐富的片上資源，目前已經(jīng)被廣泛應用在各種數(shù)字應用中。AX88796B是由臺灣ASIX公司推出的一款與NE2000兼容的快速以太網(wǎng)控制器，其內部集成10／100M自適應的介質訪問層MAC和物理層收發(fā)器PHY以及8K×16b的SRAM，SK支持8位、16位的通用CPU總線類型，執(zhí)行基于IEEE802.3／IE-EE80.3u局域網(wǎng)標準的以太網(wǎng)控制功能，并且提供發(fā)送隊列功能來增強標準NE2000的發(fā)送性能。該控制器采用64LQFP封裝，僅占用9 mm×9mm的印制板面積，分析其性能可以滿足系統(tǒng)需要。2 系統(tǒng)硬件設計(1)AX88796B的硬件結構。AX88796B芯片內部集成了8／16位CPU接口、串行E2PROM接口、8 K×16 b的SRAM、包緩存管理、MAC、PHY、以及電源和時鐘等部件。DSP通過讀寫NE2000寄存器來控制AX88796B的工作狀態(tài)，通過DMA方式與AX88796B的內部緩存SRAM進行數(shù)據(jù)交換。芯片自動在SRAM與MAC核之間進行數(shù)據(jù)發(fā)送接收，再經(jīng)由內部的PHY層發(fā)送至RJ45接口。串行 E2PROM接口可以用來連接串行EEPROM，用于存儲MAC地址，供AX88796B每次初始化時讀取。AX88796B芯片的內部結構如圖1所示。(2)系統(tǒng)硬件連接。主控制單元TMS320C6722B與網(wǎng)絡芯片AX88796B的連接方式如圖2所示。TMS320C6722B內部為32 b的總線結構，對外擴展EMIF為16 b的寬度，采用異步總線方式可以直接與網(wǎng)絡芯片無縫連接。片選的連接，用EM_CS2連接到網(wǎng)絡的CS，使AX88796B工作在186_l-ike模式，在配置引腳EECK接上拉電阻。本設計沒有連接EEPROM，所有對AX88796B的配置均由TMS320C6722B在初始化時寫入。3 系統(tǒng)的軟件設計AX88796B的網(wǎng)絡驅動程序是TMS320C6722和AX88796B硬件的接口，因此編寫網(wǎng)絡驅動程序模塊應滿足的主要功能有：AX88796B的初始化、報文的接收、報文的發(fā)送；(1)初始化。在AX88796B的初始化過程中除了完成對相關寄存器的定義與賦值外，還要完成對接收緩沖環(huán)的構造。對TMS320C6722B，要完成對應EMIF的設置和中斷的初始化。與網(wǎng)卡有關的初始化如下：(2)報文的接收。判斷AX88796B是否接收到新的數(shù)據(jù)包有2種方式：輪循和中斷。單片機用輪循方式較多。由于TMS320C6722在此還要進行其他處理，為了提高DSP性能和實時性要求，這里采用中斷方式。當網(wǎng)卡接收到新數(shù)據(jù)包時進入中斷，首先判斷cpr是否等于bnry，若相等，則表示接收緩沖區(qū)已被存滿，則停止接收數(shù)據(jù)包，而不會覆蓋舊的數(shù)據(jù)；若不等，則將接收緩沖區(qū)中待讀取的數(shù)據(jù)包的起始地址寫入rsar[0，1]寄存器，數(shù)據(jù)包的開始4字節(jié)寫入rbcr[O，1]寄存器，并啟動遠端DMA讀命令，通過讀取4個信息字節(jié)得到待讀取數(shù)據(jù)包的長度、接收狀態(tài)和下一個將被讀的頁的指針信息。然后通過遠端DMA讀命令，將數(shù)據(jù)包從網(wǎng)卡sram中讀入TMS320C6722內存中，并更新讀頁指針寄存器bnr-y，DSP每從網(wǎng)卡內存中讀走一頁數(shù)據(jù)，bnry便加一，這需要通過程序實現(xiàn)。網(wǎng)卡通過cpr將接收到的數(shù)據(jù)包寫入接收緩沖區(qū)，每寫完一頁，cpr將自動加一，當加到最后的空頁(這里是 pstop=0x80)時，cpr將自動恢復為接收緩沖區(qū)的首頁(pstart=Ox4c)。網(wǎng)卡接收關鍵性代碼如下：(3)報文的發(fā)送。報文的發(fā)送過程就是調用寫網(wǎng)卡函數(shù)，將報文發(fā)送到網(wǎng)卡的內存中去。然后將AX88796B的控制寄存器(CR)的發(fā)送位 TXP(transmit packet)位置1，即將報文發(fā)送。dsp通過遠端dma通道將網(wǎng)卡發(fā)送緩沖區(qū)的起始地址和要發(fā)送的字節(jié)數(shù)分別寫入rsar[O，1]和 rbcr[0，1]，然后啟動遠端dma寫命令即可將數(shù)據(jù)包寫入網(wǎng)卡內存，此后將字節(jié)數(shù)寫入tber[O，1]寄存器，啟動發(fā)送命令就可將數(shù)據(jù)包發(fā)送到網(wǎng)絡上。網(wǎng)卡發(fā)送的關鍵代碼如下：4 結語：在如上所述的底層硬件和軟件設計基礎上，完成了UDP和TCP／IP協(xié)議棧的軟件，系統(tǒng)主要使用這2個協(xié)議進行網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸。長期的系統(tǒng)在線驗證證明，在TMS320C6722上擴展的網(wǎng)絡接口AX88796B，傳輸可靠，性能穩(wěn)定，在100 Mb／s的速度，負荷超過90％的情況下，沒有丟包和錯包出現(xiàn)?？梢?，對這種只有異步總線，又需要網(wǎng)絡大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)膽?，該設計是可行的。

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使用以網(wǎng)際協(xié)議（Internet Protocol）為通訊基礎的插座稱為網(wǎng)絡插座（Internet socket）。其作用是實現(xiàn)導線的電氣連續(xù)性。常用的RJ45非屏蔽模塊高2cm、寬2cm、厚3cm，塑體抗高壓、阻燃，可卡接到任何M系列模式化面板、支架或表面安裝盒中，并可在標準面板上以90°（垂直）或45°斜角安裝，特殊的工藝設計至少提供750次重復插拔。模塊使用了T568-A和T568-B布線通用標簽。這種模塊是綜合布線系統(tǒng)中應用最多的一種模塊，無論從三類、五類、還是超五類和六類，它的外形都保持了相當?shù)囊恢隆０雌帘涡阅芊譃榉瞧帘文K和屏蔽模塊。當安裝屏蔽電纜系統(tǒng)時，整個鏈路都必須屏蔽，包括電纜和連接件，都需要用屏蔽的信息模塊。根據(jù)模塊端接時是否需要打線來分，信息模塊有打線式與免打線式信息模塊。打線式信息模塊需用專用的打線工具將雙絞線導線壓入信息模塊的接線槽內。免打線工具設計也是模塊的人性化設計的一個體現(xiàn)，這種模塊端接時無需用專用刀具。