基于88E6218的SOHO網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)

1 88E6218芯片結(jié)構(gòu)及主要特點(diǎn)

圖l為芯片內(nèi)部的結(jié)構(gòu)框圖。

88E6218是美國(guó)Marvell公司(寬帶通信半導(dǎo)體公司)生產(chǎn)的面向SOHO應(yīng)用的一款高性?xún)r(jià)比的嵌入式網(wǎng)絡(luò)微處理器。該處理器具有以下一些主要特點(diǎn)：

◆芯片內(nèi)嵌ARM9E的CPU核，采用32位RISC體系，帶有DSP指令擴(kuò)展，最高工作頻率可達(dá)150 MHz，片內(nèi)有8 KB指令Cache、8 KB數(shù)據(jù)Cackc和8 KB數(shù)據(jù)RAM。

◆芯片集成SDRAM和Flash存儲(chǔ)控制器，支持與其他具有存儲(chǔ)器地址映射的外設(shè)相連接，包括DSP。

◆SDRAM接口可以是16位(最大尋址深度32 MB)或32位(最大尋址深度64 MB)寬度。Flash接口可以是8位、16位或32位，最大尋址深度64 MB。

◆芯片有內(nèi)部DMA控制器、看門(mén)狗定時(shí)器、UART串行接口、JTAG調(diào)試口以及4個(gè)外部片選引腳BOOTCS、M_CSO、M_CS1、M_CS2。

◆芯片帶有5個(gè)支持IEEE802.3的MAC(Media ACccss Layer，媒體訪問(wèn)層)+PHY(Physical Layer，物理層)接口(Port0~Port4)；1個(gè)多功能網(wǎng)絡(luò)接口(Port6)。該接口可配置為RMII(簡(jiǎn)化媒體獨(dú)立接口)、MII(媒體獨(dú)立接口)或SNI(業(yè)務(wù)接點(diǎn)接口)模式(支持200 Mbps全雙工，可直接與交換機(jī)或無(wú)線局域網(wǎng)互連)；1個(gè)內(nèi)部雙倍速M(fèi)II接口(Port5，支持200 Mbps全雙工，可直接連接交換端口到CPU內(nèi)部的MAC)。

◆芯片提供基于QoS機(jī)制的快速以太網(wǎng)交換功能，內(nèi)部采用擁有專(zhuān)利技術(shù)的UniMAC結(jié)構(gòu)，如圖2所示，在88E6218內(nèi)部的CPU與多個(gè)快速以太網(wǎng)交換口之間形成高效的網(wǎng)絡(luò)接口。

◆一款低功耗的CMOS芯片，可提供216條引腳的LQFP封裝。

綜上所述，88E6218內(nèi)部功能強(qiáng)，外設(shè)接口豐富，可以提供一個(gè)單芯片的S0HO路由器／安全網(wǎng)關(guān)解決方案。

2 安全平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)

2.1 平臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)

圖3是基于88E6218的面向SOHO應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)平臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)框圖。

①電源電路。輸入5 V。經(jīng)過(guò)DC—DC變換，分別給擻處理器提供1.5 V、2.5 V和3.3 V的電壓。

②系統(tǒng)時(shí)鐘和復(fù)位電路。25 MHz有源晶振經(jīng)過(guò)倍頻可為平臺(tái)提供多種不同的時(shí)鐘頻率；采用專(zhuān)門(mén)的微處理器監(jiān)控芯片為系統(tǒng)提供穩(wěn)定、可靠的復(fù)位信號(hào)。

③微處理器，即88E6218，是整個(gè)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的工作和控制中心。

④BOOT Flash存儲(chǔ)器，用于存放系統(tǒng)的啟動(dòng)程序以及其他在系統(tǒng)掉電后需要保存的數(shù)據(jù)。

⑤StrataFlash存儲(chǔ)器，用于存放嵌入式操作系統(tǒng)和各種用戶(hù)應(yīng)用程序。

⑥SDRAM存儲(chǔ)器，是平臺(tái)為操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序提供的運(yùn)行空間，也是程序運(yùn)行中大量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的緩存空間。

⑦網(wǎng)絡(luò)端口。4個(gè)10／100 Mhps速率的RJ45接口，為系統(tǒng)提供以太網(wǎng)接入的物理通道；1個(gè)WAN接口，可配置為電口或光口，本平臺(tái)為電口；1個(gè)MII接口。

⑧RS232串口，可作為系統(tǒng)的Console調(diào)試口或用于平臺(tái)與其他應(yīng)用系統(tǒng)的短距離雙向串行通信接口。

⑨JTAG接口。通過(guò)該接口可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試、編程等。

⑩系統(tǒng)總線擴(kuò)展。引出數(shù)據(jù)總線、地址總線和必需的控制總線，便于用戶(hù)根據(jù)自身的特定需求，擴(kuò)展外圍電路。

2.2 平臺(tái)主要硬件單元電路設(shè)計(jì)

因力88E6218是一個(gè)面向SOHO應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)微處理器，而且本文設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)主要用于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，所以下面著重分析較重要的存儲(chǔ)器和網(wǎng)絡(luò)接口電路的工作原理和設(shè)計(jì)方法。

(1)Flash存儲(chǔ)器接口電路

Flash存儲(chǔ)器具有低功耗、大容量、可整片或分扇區(qū)快速燒寫(xiě)、擦除，掉電后信息不丟失等特點(diǎn)，在各種嵌入式系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。本系統(tǒng)的Flash存儲(chǔ)器包括兩部分：一部分是用于存放系統(tǒng)啟動(dòng)程序的Boot Flash，其功能包括對(duì)平臺(tái)硬件的初始化和操作系統(tǒng)的引導(dǎo)等．考慮到啟動(dòng)程序一般容量不大，這里選用了SST39SF040芯片，單片提供8位數(shù)據(jù)寬度、512 KB存儲(chǔ)空間。88E6218提供4個(gè)片選引腳，其中BOOTCS專(zhuān)門(mén)用于Boot Flash存儲(chǔ)器的片選，直接與SST39SF040的CE相連；SST39SF040地址總線A[0:18]與88E6218的地址總線M_A[0:18]相連;8位數(shù)據(jù)總線D[0:7]與88E6218的低8位數(shù)據(jù)總線M_D[0:7]相連。另一部分是StrataFlash存儲(chǔ)器，用于存放操作系統(tǒng)和各種應(yīng)用程序，在大多數(shù)應(yīng)用系統(tǒng)中，選用1片16位的Flash存儲(chǔ)器芯片(單片容量有1 MB、2 MB、4 MB、8 MB等)構(gòu)建16位的Flash存儲(chǔ)系統(tǒng)已經(jīng)足夠，因此這里選用了Intel的28F320J3芯片，單片提供16位數(shù)據(jù)寬度、4 MB的存儲(chǔ)空間，將88E6218的M_CS2分配用于StrataFlash存儲(chǔ)器的片選，直接與28F320J3的CE0相連；88E6218輸出使能端OE接28F320J3的OE;寫(xiě)使能端WE接28F320J3的WE；將28F320J3模式選擇引腳BYTE上拉，A0懸空，使28F320J3工作在16位數(shù)據(jù)模式；28F320J3地址總線A[1:21]與88E6218的地址總線M_A[O:20]相連；16位數(shù)據(jù)總線D[0:15]與88E6218的低16位數(shù)據(jù)總線M_D[0:15]相連。具體電路連接如圖4所示。由于考慮到88E6218的帶負(fù)載能力，所以把地址、數(shù)據(jù)總線與部分控制信號(hào)線通過(guò)一級(jí)驅(qū)動(dòng)后再與目標(biāo)Flash存儲(chǔ)器相連。

(2)SDRAM接口電路

與Flash存儲(chǔ)器相比較，SDRAM(Synchronous Dynamic Random ACCeSS Memory，同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器)雖然不具有掉電保持?jǐn)?shù)據(jù)的特性，但其存取速度大大高于Flash存儲(chǔ)器，在系統(tǒng)中主要用作程序的運(yùn)行空間。本系統(tǒng)中，考慮到88E6218的內(nèi)部存儲(chǔ)控制器支持單片SDRAM的最大容量為128 MB，所以選用了現(xiàn)代的HY57V281620，它的存儲(chǔ)容量為4組