單片機控制的網絡交換機設計與實現

唐建宏

摘要：隨著信息技術的不斷提高以及大數據理念與應用的不斷深入，智能控制的單片機與以太網交換機之間的聯系日益緊密，其軟件、硬件的設計與研發也在不斷地進步。本文基于以太網等網絡交換機與單片機智能控制之間的軟件設計、PC管理程序、硬件電路等內容進行分析，探討網絡交換機之間的資源與自身配置、管理和運行，以便于提高數據傳輸、處理的速度，拉近人與人之間、人與社會之間的距離，促進全球經濟的緊密聯系與發展。

關鍵詞：交換機；單片機；網絡設計；軟件設計；技術研發

一、 前言

在計算機理論與研發技術的日益提高、計算機性能優化、信息傳遞加快的時代背景下，隨著社會經濟、科學技術的不斷深入，對計算機的通信量、硬件性能、軟件操作技術等領域的要求也越來越高。但是，從通信市場與數據流通市場的反饋來看，傳統的局域網已經顯露出了捉襟見肘的頹勢，這就給交換式的以太網技術帶來了發展的契機。而網絡交換機因其自身的架構與軟件設計特性而能夠增加帶寬，因地制宜地建立起分散的網絡與端口，能夠極大地滿足企業等使用者與電信寬帶等運營商之間的需求與和諧關系的要求。

二、 單片機的概述

單片機是一種嵌入型微控制器，主要是一種集成計數器/定時、存儲器、輸入/輸出接口、中央處理器的集成芯片微型計算機，具有體積小、輸出和輸入接口簡單、成本低等特點，與微型計算機中最小的系統可以相媲美，主要被運用于手機、鼠標、掌上電腦、電子玩具等電子產品，分為總線型/非總線型、專用型/通用型、家電型/工控型等類型。其中在通用專用領域中最為突出的就是電子體溫計中的運用，在單片機內集成ADC接口的溫度測量控制電路；控制型的微器件、外設接口集成度高、小封裝且價格低，最為明顯的就是80C51類型單片機，可以作為總線型、通用型、工控型三類使用。單片機的運行是自動執行指令的過程，而單片機所能執行的指令統稱為指令系統，不同類型的單片機有不同的指令系統，其中程序計數器PC是將一條條順序存放的指令順序執行并追蹤指令所在地的部件，其增加量是由指令長度決定的，以保證指令順序執行。

三、 網絡交換機

（一） 網絡交換機概述

網絡交換機是為子網提供更多連接端口、能夠連接更多電腦的擴大網絡的設備，具有靈活度高、易于實現、性能價格比高、相對簡單等特點，從廣義上分類為局域網交換機與廣域網交換機兩種，而從狹義的角度來說，依據不同的劃分標準可以有多種分類。例如，以其網絡構成方式的復雜性可以分為核心層交換機（由機箱式模塊化設計、1000BaseT模塊配套而成）、匯聚層交換機（由多個1000BaseT端口或1000BaseX等其他形式端口、固定和機箱式端口設計而成）、接入層交換機（支持1000BaseT以太網交換機的端口式交換機），而局域網交換機因其適應的快速以太網、以太網、ATM、FDDI、令牌環網等多樣環境而分為快速以太網交換機、以太網交換機、ATM交換機、FDDI交換機、令牌環網交換機等種類；按照OSI七層網絡模型來劃分，可以將其分為第四、第三、第二層至第七層交換機，一般在MAC地址作業的第二層交換機運用得最為頻繁，多用于網絡的匯聚層與接入層；依據架構的特點來劃分，可以分為不帶擴展槽固定配置式、帶擴展槽固定配置式、機架式交換機三類，其中機架式交換機的擴展性能較強，能夠滿足于多類型的網絡，多被高端交換機采用，但是不帶擴展槽的固定式配置交換機因其價格低廉、一般僅支持以太網而多被運用于辦公室或企業環境中的局域網，同時也是行業中運用最為廣泛的一類。

（二） 網絡交換機的性能要求

隨著人們對網絡高寬帶、安全性能的要求越來越高，網絡交換機的應用與發展迎來了一個高速發展的峰值，而不同的交換機對電路性能、硬件設計、軟件編程都有著不同的要求。例如，選取由3個八口交換芯片、AL101芯片的ROX總線組成的交換機（24端口/1個），對電路性能有著極高的要求，特別是在ESD、EMC上，因其高速PCB電路板的運行要求而具有更高的要求，這就需要將晶振的精度控制在 50PPM 范圍內，選用50MHZ、75MHZ的高速時鐘，且時鐘分配之間的差距要控制在2ns之內。

（三） 網絡交換機的軟件設計

從單片機的結構來看，將其運用在網絡交換機的軟件設計中，那么在整個設計的過程和整體要求下，其控制軟件將會被賦予完成讀寫寄存器和與PC之間的通信，在這個模型單元內盡可能地配置好各類型適應交換機工作的模式，提高交換機的適用性與靈活性；在串口與微控制器之間配置一個電平轉換芯片，用于完成PC與微控制器之間的信號轉換、傳輸，創造不同的工作模式，如鏡像設置、10/100M速率設置、廣播風暴控制等模式。而在單片機軟件的特殊設計外，對于PC管理程序也需要優化編程與設計，如在管理程序的設計中采用VB語言編程，配設易懂的軟件，提高用戶的自主能動性，同時能夠容易地對網絡交換機進行配置。

四、 結語

在大數據時代不斷推進，電子設備高性能、高帶寬、多端口、大通信量的背景下，加強對單片機控制的網絡交換機的硬件設備研發、軟件設計優化有著重要的積極意義，對計算機技術、電子信息工程技術的發展有著極大的影響。在以AL101芯片為ROX總線的單片機條件下，將其控制性能賦予在網絡交換機上，主要體現在其不同工作模式的設置、電路的優化等方面，能夠有效地促進網絡交換機對不同用戶需求的滿足度，也能夠促進網絡交換機（以單片機控制為主）的推廣與應用，從而反哺信息數據、信號的傳輸與交換，促進經濟、文化的全球性、多元化發展。

參考文獻：

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[2]唐金輝.網絡交換機電源定時控制器的應用設計[J].自動化技術與應用，2008，（1）：112-113.