太网硬件的方案设计

1同步以太网+PTP实现

同步以太网和PTP的实现分为硬件通道和软件协议支持。对于同步以太网来说物理通道为PHY，支持同步以太网功能的PHY芯片必须能够发送和接收带有同步时钟信息的串行码流，并且能够从同步以太网+PTPPHY硬件方案设计串行码流中恢复出同步时钟数据，也就是说PHY芯片须有恢复时钟功能的以太接口。同时同步以太网PHY芯片也应支持高精度时钟恢复质量，这样才能保证高精度的同步。对于PTP来说物理通道为PHY+MAC，通过PHY+MAC传递PTP报文，PHY芯片能够识别时间戳，能够对收到和发送的数据包打印时间戳，同时能够存储时间戳。PTP协议的实现一般建立在硬件的支持上，通过高精度的硬件时钟和硬件方式记录时间标签实现PTP协议。综上所述，将同步以太网和PTP二者的优点结合在一起，实现PTN全网时间同步。在PTN中，同步以太网技术是在物理层实现高精度的频率同步，PHY设备可以在任何串并行转换模块中输出恢复时钟，并且主时钟和从时钟都可以在任何输入端口被提取。

2VSC8574简介

VSC8574芯片是Vitesse半导体公司新推出的一款低功耗，有4个SERDES接口双介质性能的四端口千兆位以太网元件。它还包括一个集成控制SFP或PoE模块的四端口I2C多路复用器（MUX）。它具有低电磁干扰（EMI）驱动线路和保护电源和印刷电路板（PCB）空间的集成线路侧端接电阻。VSC8574包括Vitesse公司采用了独特的支持双IEEE1588时间戳的封装。该器件还包括支持同步以太网应用的双时钟恢复输出。可编程时钟控制包括静噪传播和抑制不需要的时钟，有助于防止定时循环。

3方案设计

VSC8574芯片是物理层（PHY）支持千兆网络的中间接口芯片，是光口和电口的数据连接中心，此处以VSC7323作为MAC为例，基于VSC8574芯片的整体方案图如图1所示CPU通过VSC7323的PI、SI口控制MAC。VSC7323通过SerDes接口与VSC8574进行数据传输，通过MIIM口控制PHY芯片的运行。对于VSC8574，可以通过JTAG接口对其进行调测。通过对VSC8574内部设置，LED接口可显示它的运行状态。VSC8574的双绞线接口通过网络变压器与RJ-45相连构成PHY电口，VSC8574的电口支持双绞线自动协商功能和自动交叉检测功能，支持10BASE-T、100BASE-T和1000BASE三种速度的双绞线接口。SFP为PHY光口，SFP支持IEEE802.3ah标准在1000BASE-X和100BASE-FX单向光纤介质上进行数据传输。光口和电口接收和发送数据报文，是同步以太网和PTP实现时间同步的先决条件。

4结论

本设计总体分为CPU、MAC模块和PHY模块。CPU是系统控制部分。MAC模块主要进行流量控制，MAC帧实现发送和接收功能，直接提供了到外部物理层器件的并行数据接口。PHY模块是物理层交换部分，与其他PHY模块进行数据的发送和接收，PHY能够读取时间戳和恢复同步时钟，电口（RJ-45）和光口（SFP）通过相应的介质与其他PHY进行数据交换。通过JTAG接口对VSC8574进行系统调试。LED接口显示VSC8574芯片的运行状态。SerDes接口与MAC芯片交换报文信息。MAC通过MIIM接口对VSC8574芯片进行控制。同时还有支撑芯片运行的电源接口和PLL接口。综上所述，该方案满足PHY芯片的功能需求。

作者：唐荔 黄虎 沈仁波 何茂辉 单位：成都理工大学信息科学与技术学院 成都天奥测控技术有限公司