以太網(wǎng)硬件電路設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通信硬件電路方法很多，一般情況是CPU+MAC+PHY+網(wǎng)絡(luò)變壓器+RJ45。整個(gè)硬件電路最多用5個(gè)電子器件完成。

隨著集成電路的發(fā)展，很多功能被集成在一起，簡(jiǎn)化硬件電路的設(shè)計(jì)。

上述那種方法，器件較多，開發(fā)難度比較大。下面列舉其它3種方法。

1、CPU（集成MAC層），外接一個(gè)PHY芯片，網(wǎng)絡(luò)變壓器和RJ45，總計(jì)4個(gè)器件。

2、CPU，外加一個(gè)MAC和PHY集成一體芯片，外加RJ45（集成網(wǎng)絡(luò)變壓器），總計(jì)3個(gè)電子器件。

3、CPU，加一個(gè)MAC芯片和一個(gè)PHY芯片，外加RJ45（集成網(wǎng)絡(luò)變壓器），總共4個(gè)器件。

總體來說，1和2方案最好，用的電子器件少。第2個(gè)方案，開發(fā)難度較小。

一、CPU（集成MAC層）+一個(gè)PHY芯片+網(wǎng)絡(luò)變壓器+RJ45

以太網(wǎng)PHY芯片采用AR8031，它與CPU有2種連接方式，一種是RGMII，另外一種是SGMII。

CPU采用的是恩智浦的i.MX6系列單片機(jī)，cortex-A9內(nèi)核，主頻1個(gè)G。CPU集成以太網(wǎng)控制器（MAC），硬件集成IEEE1588協(xié)議。嚴(yán)格來講，這款單片機(jī)屬于ARM，能跑Linux操作系統(tǒng)。

RGMII接口對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)線比較多，包括4個(gè)接收數(shù)據(jù)線、4個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)線、接收數(shù)據(jù)時(shí)鐘、發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)鐘等。

圖1是單片機(jī)i.MX6Q對(duì)應(yīng)的連接電路：

圖1 單片機(jī) i.MX6對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口

圖2是PHY芯片AR8031原理圖，AR8031是高通公司生產(chǎn)低功耗PHY芯片。

圖2：PHY芯片AR8031的原理圖

通過PHY芯片后，然后連接一個(gè)網(wǎng)路變壓器，網(wǎng)絡(luò)變壓器的作用有，增大驅(qū)動(dòng)能力，增強(qiáng)抗干擾能力，還有阻抗匹配和保護(hù)隔離的作用。

最后接RJ45網(wǎng)口。

圖3 網(wǎng)絡(luò)變壓器的原理圖

圖4 RJ45接口

二、CPU（具有SPI接口），外加一個(gè)MAC和PHY一體芯片（集成TCP/IP協(xié)議）。兩者通過SPI接口進(jìn)行通信。最后加一個(gè)RJ45（集成網(wǎng)絡(luò)變壓器）。這種方案硬件電路簡(jiǎn)單，軟件開發(fā)難度也不大。

圖5是恩智浦公司的i.MX RT系列跨界MCU，這款單片機(jī)優(yōu)點(diǎn)是成本低，功能強(qiáng)大。缺點(diǎn)也很明顯，沒有內(nèi)嵌flash，下載程序程序需要外掛flash。

圖5單片機(jī)MIMXRT1052 SPI接口原理圖

圖6是W5500電路圖，這款以太網(wǎng)芯片是微知納特公司生產(chǎn)的，芯片內(nèi)部集成TCP/IP協(xié)議棧。

圖6 W5500原理圖

圖7 是RJ45電路圖，帶有2個(gè)指示燈，內(nèi)部嵌有網(wǎng)絡(luò)變壓器。

圖7 RJ45的電路圖