基于C6455的自適應光纖／千兆網接口設計

摘要：本文以DSP芯片C6455為應用平臺，介紹了一種自適應的光纖和網絡接口通信設計方法。系統具有兩個光纖和網絡接口，可以自動識別所插入的設備，在不斷電情況下可以任意交換接口，無須用戶參與。文中詳細介紹了該系統的軟硬件設計方法。

關鍵詞：光纖;千兆網口;DSP;88E1111;C6455

引言

遵循IEEE802.3標準的網絡通信已經應用到較廣泛的場合。其具有連接方便、即插即用的特點。網線物理結構一般使用五類或者六類屏蔽雙絞線，在由金屬制作的物體上傳遞信號，存在線纜衰減、串擾，受環(huán)境影響較大。在高速千兆長距離傳輸速度下，網絡傳輸的誤碼率增加，傳輸性能下降較快，所以基于網線的傳輸距離一般不大于100 m。為了實現長距離通信，使用光作為傳輸媒介的光纖通信得到應用和發(fā)展。光纖通信可以長距離進行，光信號衰減小，抗串擾能力強。在使用10 μm的單模光纖時，傳輸距離高達5 000 m，滿足大部分應用場合。

DSP(數字信號處理器)具有較高的工作頻率，其內部集成硬件網絡MAC接口，外接一個物理層芯片就可以方便地實現千兆網絡通信。可以通過硬件或者軟件配置方法實現千兆網絡和光纖接口的在線切換。本文介紹一種基于高速數字信號處理器的嵌入式千兆網接口設計，并通過軟硬件自適應配置網絡或光纖接口。

1 C6455及其結構

C6455是TI公司功能較強的定點DSP之一，其最高工作頻率達到1.25 GHz，單個指令周期可以運行8條32位指令。全速運行可以提供9 600 MIPS定點計算能力。C6455的內部結構如圖1所示。

C6455具有32 KB的一級數據Cache(L1D)、32 KB的一級程序Cache(L1P)以及較大容量的2 MB的2級存儲空間，芯片片內有一個32 KB的ROM。C6455具有DDR2控制器接口，可以外接DDR2，直接尋址范圍達到512 MB。C6455的片內外設有RapidIO、PCI、EMIF、千兆網口以及SPI、I2C總線、GPIO等接口。這些接口通過片內的高速互聯總線和CPU處理器交互數據。千兆網口片內集成MlAC層芯片，該MAC層芯片具有EMAC模塊和MDIO模塊。所以，C6455用于網絡通信，只需要外接一個物理層芯片就可以了。其中的MDIO模塊用于和物理層芯片建立連接，如果出現接口切換、掉電等情況，都可以通過MDIO接口獲得相應信息。EMAC模塊用于數據的收發(fā)，C6455片內集成8個8K的收發(fā)緩沖區(qū)。使用TI公司免費提供的NDK(Net Development Kit)軟件，可以很方便地建立網絡通信。

2 88E1111及其結構

能夠和C6455連接的物理層芯片很多，基本上大部分公司的物理層芯片都可以和C6455連接，但不同公司的芯片需要改變NDK軟件中的部分寄存器設置。本文使用Marvell公司的88E1111物理層芯片進行光纖和千兆網絡的連接。88E1111的片內結構如圖2所示。

網絡RJ45接口發(fā)送過來的數據經過A/D轉換器轉換，數字信號經過譯碼濾波和均衡后由接收單元傳輸到MAC芯片，實現了數據的接收。 MAC發(fā)送的數據經過整形濾波后由D/A轉換器變換成模擬信號發(fā)送到RJ45接口。為了降低誤碼，88E1111內部具有PLL鎖相環(huán)、增益控制、時序控制和相位控制、回音抵消等模塊，這些模塊都是為了提高數據傳輸的可靠性，在不同環(huán)境或者不同外接設備下，都可以高速、可靠地通信。

圖2中的LED控制模塊實現數據傳輸時的燈光顯示，MDIO模塊建立鏈接，JTAG用于芯片仿真測試，時鐘模塊提供工作時鐘，電源復位用于啟動工作。

3 硬件設計

硬件設計主要包括C6455和88E1111的接口設計、88E1111和RJ45的接口設計、88E1111和光纖的接口設計、88E1111的硬件配置設計等幾個部分。

C6455和88E1111的接口電路如圖3所示。C6455采用RGMII(RedtJced Gigabit Media Independent Interface)接口，兼容10/100M工作方式。其中，RGTXC和RGRXC為發(fā)送和接收時鐘，在時鐘的上升和下降沿都可以傳輸數據，收發(fā)均采用4線，如圖3中的RGTXD[3：0]和RGRXD[3：0]引腳。RGTXCTL為發(fā)送使能引腳，RGRXCTL為接收控制引腳，該引腳電平出現上升沿時，表示接收數據有效。RGMDIO和RGMDCLK為MDIO模塊的數據和時鐘信號，用于C6455和88E1111建立連接。C6455可以通過該接口配置88E1111，或者讀取88E1111的信息。由于88E1111的MDIO模塊輸出為2.5 V電壓，而C6455采用1.5 V電壓，所以兩者之間需要增加電壓轉換芯片，本設計采用SN74TVC3306實現電壓轉換，接口電路如圖4所示。