浙江網(wǎng)絡水晶頭圖片
發(fā)布時間：2022-09-29 01:40:56
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摘要：為了得到比傳統(tǒng)片上網(wǎng)絡的網(wǎng)絡資源接口(NI)更高的數(shù)據(jù)傳輸效率和更加穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸效果，提出了一種新的高效網(wǎng)絡接口的設計方法，并采用Verilog HDL語言對相關模塊進行編程，實現(xiàn)了高效傳輸功能，同時又滿足核內路由的設計要求。最終通過仿真軟件Xilinx ISE Design Suite 12．3和ModelSim SE 6．2b得到了滿足設計要求的仿真結果。隨著納米時代的到來，集成電路工藝不斷的發(fā)展，特別是VISI設計技術的進步，系統(tǒng)級芯片的設計迎來了巨大的挑戰(zhàn)，而這個挑戰(zhàn)的的關鍵就是怎么樣實現(xiàn)更高的通信效率。這個問題的出現(xiàn)也預示著多核技術時代的到臨。為了應對這個挑戰(zhàn)，人們提出了片上網(wǎng)絡(Network On Chip，NoC)的概念。片上網(wǎng)絡(NoC)移植了網(wǎng)絡通信的方式，進而來解決多核時代的IP核互聯(lián)通信的問題。由于片上網(wǎng)絡(NoC)具有優(yōu)秀的可擴展性和相對較好的功耗效率，目前已經(jīng)被大多數(shù)人認為是解決當前甚至未來芯片設計中關于通信問題的最重要的技術之一。1 NoC簡介為傳統(tǒng)2D-MESH結構的NoC示意圖。圖中明顯可以看出片上網(wǎng)絡(NoC)主要由4部分組成：資源節(jié)點(IP核)、路由節(jié)點、網(wǎng)絡接口NI(Network Interface)和全局鏈路。其中網(wǎng)絡接口NI就是連接IP核與通信網(wǎng)絡的橋梁，同時網(wǎng)絡接口NI的設計也是片上網(wǎng)絡(NoC)設計技術中重要的一環(huán)。網(wǎng)絡接口NI使NoC實現(xiàn)了計算資源與通信網(wǎng)絡部分的分離，允許IP核和網(wǎng)絡通信結構分別獨立進行設計，使計算資源相對網(wǎng)絡更加透明，從而實現(xiàn)不同資源間的互聯(lián)，提高了設計的重用性。網(wǎng)絡接口NI主要面向地址信號，數(shù)據(jù)的打包、解包、編碼，同步等方面的問題。文獻提出的是一種既滿足擔保服務又滿足最大努力服務的網(wǎng)絡接口NI，但是此網(wǎng)絡接口NI主要應用于AEthereal系統(tǒng)中。文獻介紹了一種以OCP從模塊存在的網(wǎng)絡接口，應用于XpIPes系統(tǒng)。2 通用網(wǎng)絡接口NI的結構及模塊功能網(wǎng)絡接口的作用主要基于網(wǎng)絡中關于信息包信息的傳輸，并且將其轉換成資源模塊可用的形式。它的主要功能包括3個方面：提取關于IP核與網(wǎng)絡之間的通信協(xié)議；支持任何IP核與網(wǎng)絡接口連接；對數(shù)據(jù)進行打包和解包。當數(shù)據(jù)在NoC中傳輸時，網(wǎng)絡接口將主IP核中的數(shù)據(jù)進行打包，并進行校驗，然后將其傳輸?shù)铰酚晒?jié)點進入網(wǎng)絡，最后由目的IP核的網(wǎng)絡接口進行解包，校驗進入到目的IP核中。圖2是通用網(wǎng)絡接口的結構模塊圖，如圖2所示其主要由通用核接口、數(shù)據(jù)打包單元、數(shù)據(jù)解包單元、存儲單元和異步FIFO構成。數(shù)據(jù)打包單元主要將來自IP核的信息進行打包，其首先將信息轉換成流控單元(flit)，然后在網(wǎng)絡中進行傳輸，其主要由包頭編碼單元，數(shù)據(jù)處理單元和FIFO控制單元構成。而解包單元主要是將數(shù)據(jù)包進行轉換，滿足目的IP核所需要的數(shù)據(jù)形式。數(shù)據(jù)打包單元和數(shù)據(jù)解包單元共享網(wǎng)絡接口中的存儲單元，這樣做主要是易于鏈接不同模塊。3 高效網(wǎng)絡接口的設計3．1 總體結構的設計與分析本文主要是設計一種高效的網(wǎng)絡接口使其滿足數(shù)據(jù)的快速傳輸，同時能承受高的通信壓力，使其也可用于核內路由的數(shù)據(jù)傳輸。核內路由及將傳統(tǒng)的路由節(jié)點嵌入到IP核中，與IP核共享存儲單元，益于IP核與網(wǎng)絡通信部分數(shù)據(jù)傳輸加速，以便于加快整個NoC的網(wǎng)絡通信速率。據(jù)文獻可知，核內路由也將是NoC發(fā)展的重要方向之一。如圖3所示，本文設計的網(wǎng)絡接口主要包含數(shù)據(jù)接收，數(shù)據(jù)發(fā)送，緩沖區(qū)模塊和寄存器控制組4部分。當原始數(shù)據(jù)從IP核傳輸?shù)奖揪W(wǎng)絡接口，首先由數(shù)據(jù)接收模塊將原始數(shù)據(jù)打包，并將其分為多個片(flit)。通常數(shù)據(jù)包被分為：Head flit，Datel flit，Date2 flit，Tailflit等4部分，而本網(wǎng)絡接口將其壓縮為Head flit，Datel flit，Date2 and control flit三部分，主要是將Tailflit壓縮到傳統(tǒng)Data2 flit中，因為Tail flit中只含有一個完成控制信號，所以將其合并到最后一個數(shù)據(jù)片上，通過寄存器控制模塊控制發(fā)送，通過網(wǎng)絡到達目的網(wǎng)絡接口，由其將接受到的數(shù)據(jù)包進行解包，滿足目的IP核的需求，同時傳輸?shù)侥康腎P核。由于本網(wǎng)絡接口也可以嵌入到IP核中，因此可以提前將Head flit發(fā)送出去，使Head flit的發(fā)送與數(shù)據(jù)打包并行處理。這樣就加速了數(shù)據(jù)的傳輸速率。此模塊主要是完成接收路由節(jié)點發(fā)出來的數(shù)據(jù)包以及本地IP核發(fā)出的數(shù)據(jù)包。其結構如圖4所示，由數(shù)據(jù)接收邏輯控制模塊和數(shù)據(jù)接收狀態(tài)機模塊。 此模塊主要工作流程為：接收控制邏輯模塊→產(chǎn)生緩存地址和有效信號→狀態(tài)機模塊→產(chǎn)生接收數(shù)據(jù)的狀態(tài)。簡單狀態(tài)圖如圖5所示。當系統(tǒng)復位，整個狀態(tài)機處于空狀態(tài)(idle)，當同時接收到有效的數(shù)據(jù)信號和信道控制信號時，進入接收數(shù)據(jù)長狀態(tài)(r_length)。隨著clk上升沿的到達，順序進入接收數(shù)據(jù)目的地址的狀態(tài)(r_desti_addr)，接收源地址狀態(tài)(r_source_addr)，接收數(shù)據(jù)狀態(tài)(r_receive)。數(shù)據(jù)接收完成后，置數(shù)據(jù)傳輸完成信號無效后，狀態(tài)機恢復初始狀態(tài)(idle)。3．3 數(shù)據(jù)發(fā)送模塊的設計此模塊主要是將從路由節(jié)點得到的數(shù)據(jù)發(fā)送給IP核，或者是將從IP核得到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵ㄐ啪W(wǎng)絡中去。設計思路同數(shù)據(jù)接收模塊相似。結構圖如圖6所示分為2部分：數(shù)據(jù)發(fā)送控制邏輯模塊和數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)機模塊。其狀態(tài)機的轉移圖如圖7所示。簡述：idle→(有效數(shù)據(jù)發(fā)送信號)ask(信道請求信號)→(響應信道請求)buf_en→(clk上沿)t_length→t_date→(數(shù)據(jù)信號完成響應)idle。3．4 寄存器控制組模塊的設計此模塊主要分為：狀態(tài)寄存器，邏輯控制寄存器，接收數(shù)據(jù)長寄存器，接收數(shù)據(jù)源地址寄存器。4個寄存器都為8位寄存器。滿足了各節(jié)點對網(wǎng)絡接口的控制。表1為狀態(tài)寄存器。當前網(wǎng)絡接口的工作狀態(tài)有表中寄存器的低兩位所代表?！?”代表處于r_date，“1”代表處于s_date。4 系統(tǒng)仿真與驗證結果 本文設計的網(wǎng)絡接口主要是使用Xilinx ISE Design suite 12．3和ModelSim SE 6．2b仿真軟件進行仿真和驗證。圖8是網(wǎng)絡接口中數(shù)據(jù)接收模塊功能仿真圖，圖9是數(shù)據(jù)發(fā)送模塊功能仿真圖。實驗主要是通過主時鐘控制數(shù)據(jù)的發(fā)送，采用50 MHz的時鐘，每2個時鐘發(fā)送一個IP核數(shù)據(jù)，發(fā)送完成的到flag標識。從結果可以看出此設計便于加快數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡中的傳輸效率。實驗中源IP核輸出數(shù)據(jù)為32位，通過NI1把數(shù)據(jù)分為高16位和低16位輸出，到達目的NI2，通過NI2把數(shù)據(jù)合并為32位，最終輸入到目的IP核內。結果顯示，數(shù)據(jù)傳輸過程數(shù)據(jù)保持了較強的穩(wěn)定性，同時發(fā)送與接收都準確的做出了應答，達到了設計要求。5 結語本文設計的網(wǎng)絡接口主要是針對對數(shù)據(jù)傳輸速率要求較高，對傳輸效果穩(wěn)定性要求較高的NoC體系。通過實驗基本實現(xiàn)了設計要求，同時此網(wǎng)絡接口具有較強的實用性，對與今后核內路由的研究具有重要的意義。
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摘要：設計了以ENC28J60 為核心的以太網(wǎng)接口實現(xiàn)方案，描述了該系統(tǒng)硬件架構的設計方法。在簡要介紹了以太網(wǎng)控制器ENC28J60 的結構、功能、外圍電路的基礎上， 對ENC28J60 與Atmega16 的SPI 通訊進行了闡述。此方案不僅成本低， 而且可以實現(xiàn)500Kbps 以上的傳輸速率，滿足了嵌入式系統(tǒng)的Internet 控制要求。1 引言隨著Internet 的出現(xiàn)和以太網(wǎng)的迅速發(fā)展， 基于以太網(wǎng)的設備控制越來越多。目前市場上大部分以太網(wǎng)控制器采用的封裝均超過80 引腳， 如RTL8019AS、DM9008、CS8900A 等。這些器件不僅結構復雜， 面積龐大， 且系統(tǒng)開銷較大。近來， Microchip推出全球首枚28 引腳獨立以太網(wǎng)控制器ENC28J60, 可為嵌入式系統(tǒng)提供低引腳數(shù)、低成本、精簡的遠程通訊解決方案。2 ENC28J60 網(wǎng)絡接口體系結構ENC28J60 是帶有行業(yè)標準串行外設接口(Serial PeripheralInterface, SPI)的獨立以太網(wǎng)控制器。它符合IEEE 802.3 的全部規(guī)范， 采用了一系列包過濾機制以對傳入數(shù)據(jù)包進行限制。它還提供了一個內部DMA 模塊， 以實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)吞吐和硬件支持的IP 校驗和計算。與主控制器的通信通過兩個中斷引腳(INT和WOL)和SPI 腳(SO、SI、SCK、CS)實現(xiàn)， 數(shù)據(jù)傳輸速率高達10Mb/s.兩個專用的引腳(LEDA、LEDB)用于連接LED, 進行網(wǎng)絡活動狀態(tài)指示。圖1 所示為ENC28J60 的典型應用電路。ENC28J60 由7 個主要功能模塊組成：SPI 接口， 充當主控制器和ENC28J60 之間通信通道; 控制寄存器， 用于控制和監(jiān)視ENC28J60; 雙端口RAM緩沖器， 用于接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包; 判優(yōu)器，當DMA、發(fā)送和接收模塊發(fā)出請求時對RAM緩沖器的訪問進行控制; 總線接口， 對通過SPI 接收的數(shù)據(jù)和命令進行解析;MAC 模塊：實現(xiàn)符合IEEE 802.3 標準的MAC 邏輯; PHY 模塊， 對雙絞線上的模擬數(shù)據(jù)進行編碼和譯碼。ENC28J60 還包括其他支持模塊， 諸如振蕩器、片內穩(wěn)壓器、電平變換器(提供可以接受5V 電壓的I/O 引腳)和系統(tǒng)控制邏輯。根據(jù)以上說明， ENC28J60 應用于嵌入式網(wǎng)絡接口是非常合適的， 有廣闊的應用發(fā)展前景。3 ENC28J60 在嵌入式網(wǎng)絡接口的應用3.1 硬件電路設計利用ENC28J60 可以構成不同功能的網(wǎng)絡終端節(jié)點， 如網(wǎng)絡服務器、帶Internet 功能的設備、遠程監(jiān)控(數(shù)據(jù)采集， 診斷)設備等。圖2 所示為基于ENC28J60 的嵌入式網(wǎng)絡接口的硬件電路原理圖。電路中有：2 個LED 狀態(tài)指示燈主要用來顯示網(wǎng)絡連接狀態(tài)， 包括PHY 是否沖突、連接是否建立、是否接收數(shù)據(jù)、連接速度、雙工模式等; 必需的偏置電阻R3(2kΩ， 精度為1%);高速局域網(wǎng)電磁隔離模塊(即RJ45 以太網(wǎng)接口)， 應用中，ENC28J60 的物理端口與隔離變壓器HR901170A 連接時必須符合IEEE802.3 對物理層規(guī)范的要求， 如RJ45 的插孔與隔離變壓器的間隔應盡量小， 輸出和輸入差分信號對的走線要有很好的隔離。電路中的主控制器采用Atmel 公司的ATmega16 單片機，它具有先進的RISC(精簡指令集計算機)結構、16 kB 可編程Flash 存儲器、512 B 的EEPROM和1 kB 片內SRAM, 具有豐富的外設接口， 其SPI 接口允許ATmega16 與外設進行高速的同步數(shù)據(jù)傳輸。本設計中ATmega16 SPI 配置為主機模式，ENC28J60 為從設備。ATmega16 的SPI 工作模式由CPOL、CPHA 設置， 根據(jù)ENC28J60 的SPI 讀寫時序， ATmega16 的SPI工作模式應設置為模式0.ATmega16 通過將ENC28J60 的CS引腳置低實現(xiàn)與其的同步。SPI 時鐘由寫入到SPI 發(fā)送緩沖寄存器的數(shù)據(jù)啟動， SPI MOSI(PB5)引腳上的數(shù)據(jù)發(fā)送秩序由寄存器SPCR 的DORD 位控制， 置位時數(shù)據(jù)的LSB(最低位)首先發(fā)送， 否則數(shù)據(jù)的MSB(最高位)首先發(fā)送。我們選擇先發(fā)送MSB,同時接收到的數(shù)據(jù)傳送到接收緩沖寄存器， CPU 進行右對齊從接收緩沖器中讀取接收到的數(shù)據(jù)。應該注意， 當需要從ENC28J60 中讀取多個數(shù)據(jù)時， 即使ENC28J60 并不需要ATmega16 串行輸出的數(shù)據(jù)， 每讀取一個數(shù)據(jù)前都要向SPI 發(fā)送緩沖器寫一個數(shù)據(jù)以啟動SPI 接口時鐘。由于SPI 系統(tǒng)的發(fā)送方向只有1 個緩沖器， 而在接收方向有2 個緩沖器， 所以在發(fā)送時一定要等到移位過程全部結束后， 才能對SPI 數(shù)據(jù)寄存器執(zhí)行寫操作; 而在接收數(shù)據(jù)時， 需要在下一個字節(jié)移位過程結束之前通過訪問SPI 數(shù)據(jù)寄存器讀取當前接收到的數(shù)據(jù)， 否則第1 個數(shù)據(jù)丟失。
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一、 RJ45連接器觸點的端接分類如下。端接方式分為分離式連接和長久性連接：1.分離式連接：有三種方式：彈簧施加的直接接觸壓力、螺釘產(chǎn)生的直接接觸壓力和楔塊產(chǎn)生的接觸壓力。接觸點有摩擦問題。典型端子，如螺釘固定端子和插入式端子；2.長久性連接：有多種方法，如釬焊、銅焊、點焊、導電膠粘接等；通過機械方法實現(xiàn)的長久性電氣連接，如壓接、纏繞、冷焊、鉚接等二、 RJ45連接器觸點端接是一種常見的端接方法1.接焊一般包括導線和觸點的接焊以及觸點和印制板的接焊。通常通過手動和波峰焊連接。其原理是，焊錫“潤濕”其他金屬的表面，并形成一個錫-接焊組合，其中存在各種物理、化學和冶金力和效應的復雜交織。牢固結合的關鍵因素包括控制接焊溫度、控制接焊時間、清潔接焊表面等。如果需要助焊劑和焊料，由于各種不當操作，焊點的微觀結構可能存在隱患；2、壓接：壓接可靠性高，操作方便，速度快，對人員素質要求低，可避免化學污染和熱污染。卷曲有多種形式。圓柱形壓接常用于軍工產(chǎn)品中，可分為可拆卸和可更換或不可拆卸和可更換。要緊的是導線、端子和操作工具之間的正確配合。此外，剝線時不應損壞導線，導線的插入應適當。壓接工具包括手動壓接鉗、自動或半自動壓接機等。3.纏繞是指在張力下纏繞導體，將實心導體纏繞在帶有棱角的圓柱形桿上，使其在棱角處變形，從而使導體與圓柱形桿之間形成氣密接觸面。繞組的技術要求見mil-std-1130。有手動卷繞槍和程控自動卷繞設備。繞組有兩種類型：一種是繞在立柱上的所有導線都是線；其次，根部的一圈是帶絕緣護套的導體。繞組突出的特點是其高可靠性，比接焊高2-3個數(shù)量級，操作簡單，在繞組錯誤或線路改進時易于拔出導線。然而，幾乎所有的電流都流經(jīng)前幾圈導線，這需要繞組空間，僅適用于小截面的單股軟導線，因此其使用受到束縛；4.插入是一種可分離的物理連接方法，即將引腳和總線連接器的終端部分插入多層印制板的金屬化孔中，終端部分的彈性結構與金屬化孔接觸。5.穿刺實際上是針腳和總線連接器的觸點與帶狀電纜之間的壓接。有兩種方式：一種是刺穿絕緣層（周圍導線壓接）；其次，一定要刺穿導線本身形成壓接（刺穿導線壓接）。
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RJ45帶變壓器不但增強了傳輸信號和改善傳輸距離，還增加了連接器的實用性和適應性，使網(wǎng)絡接口更方便，減輕用戶負擔，達到事半功倍的效果，可以說是一個非常重要的電子組件。RJ45連接器主要用于信號電平耦合。首先可以增強信號，使傳輸距離更遠，其次芯片端可以與外界隔離，使抗干擾性能得到了大大提升，芯片還具有很強的保護作用（如仿雷擊）。當連接到不同級別的網(wǎng)絡端口（如果PHY芯片為2.5V且某些PHY芯片為3.3V）時，它不會影響彼此的設備的性能。從理論上來說，可以不需要接變壓器，直接接到RJ45上也是能正常工作的。但是傳輸距離就很受限制，而且當接到不同電平網(wǎng)口時，也會有影響。而且外部對芯片的干擾也很大。當接了網(wǎng)絡變壓器后，它主要用于信號電平耦合。可以有以下作用：可以增強信號，使其傳輸距離更遠；使芯片端與外部隔離，抗干擾能力大大增強。網(wǎng)絡連接器具有在各個網(wǎng)絡之間牢靠傳送信息的才能。為了提高互連的網(wǎng)絡的牢靠性，常選用一下一些辦法：防止分組在若干個網(wǎng)關中無限制的循環(huán)；向源站或者其他網(wǎng)關發(fā)送錯誤報告；對分組從源站到目的站之間的途徑進行盯梢；供給網(wǎng)間信息的重傳功用
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RJ45網(wǎng)絡連接器在應力釋放實驗中得出以下結論：（1） 將RJ45網(wǎng)絡連接器的工作功能提升到合金功能的因素可能繼續(xù)存在。這表明準確預測應力釋放是連接器規(guī)劃的關鍵。（2）RJ45網(wǎng)絡連接器當測量數(shù)據(jù)和溫度之間存在一定的相關性時，將現(xiàn)有數(shù)據(jù)線性推送到更長的測試時間通常是有用的。不足之處在于，當實驗時間超過正點時，有時會出現(xiàn)坡度轉彎，其功能在其他溫度下無法預測。（3）當應力作為試驗時間的函數(shù)時，通常會發(fā)現(xiàn)斜率發(fā)生變化。因此，測試時間應適當延長，以獲得該數(shù)據(jù)。（4） 在一個例子中，在繪制不同溫度下的數(shù)據(jù)曲線時，這些參數(shù)非常有用。這種方法對于猜測已完成和估計的短期實驗的兩個溫度之間的數(shù)據(jù)函數(shù)也非常有用，從而模擬數(shù)據(jù)的長期函數(shù)。如果超過測試溫度標度，則不能將其用于計算。（5 RJ45網(wǎng)絡連接器可以結合這兩種方法重新檢查計算值。
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RJ45連接器由插頭(連接器、水晶頭)和插座(模塊)組成，插頭有8個凹槽和8個觸點，水晶頭要求RJ45具有良好的導電性能;觸點三叉簧鍍金厚度為50μm，符合超5級傳輸標準，符合T568A和T568B線序。必須防止松動,插頭拔掉,自鎖和其他功能,RJ45插座經(jīng)常使用防滑插頭護套,用于保護插頭,防打滑,容易堵塞,另外,它有多種顏色選擇,可以提供相同的顏色作為嵌入式圖標,以便促進正確的連接。RJ45連接器應具有低而穩(wěn)定的接觸阻抗。連接器的接觸電阻從幾毫歐姆到幾十毫歐姆不等，電阻值主要受接觸材料、正壓、表面狀態(tài)、使用中的電壓和電流等因素影響。RJ45連接器的插頭不是屏蔽的就是屏蔽的。屏蔽型RJ45連接器插頭由屏蔽包層覆蓋，外觀與非屏蔽型插頭相同。適用于各種設備/場景:知名攝影設備的視頻和功率傳輸和無線圖像傳輸設備。一般電話連接器屬于RJ11,公司在美國的開始開發(fā)插件的通用名稱,原名WExW外觀6針,WE6W使用所有6個聯(lián)系人,和WE2W只用中間兩針,后來成為一個RJ系列連接器。