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    本课题来自于某单位对于现有网络的升级改造项目，并通过嵌入式系统加入信息监管模块来实现网络的一体化管理。本文研究的千兆以太网交换机实现了对原有网络的带宽和吞吐量的提高，并通过嵌入ARM芯片方便了CAN总线与以太网的通信，降低了组网的复杂性和网络改造成本，实现了数据读写，实时监控管理等功能。
    带有通讯监管功能的千兆以太网交换机的设计，对于我国企事业单位现有网络的升级改造，网络一体化管理提供了一种解决方案，具有较好的借鉴意义。
    1.3  本文的主要工作
    千兆以太网交换机的硬件设计开发是本人和教研室师兄一起合作完成。本人主要负责了交换机的总体框架设计、芯片的选型、通过Cadence软件完成硬件原理图的设计和硬件PCB的设计。
    本文主要工作包括以下几点：
    1) 根据系统的设计技术要求，对系统进行需求分析，设计了相应的功能模块，完成系统的总体设计。
    2) 交换机系统的硬件原理图设计，通过Cadence软件绘制原理图，完成元器件的分类、封装。
    3) 交换机系统的硬件PCB设计，通过OrCAD PCB Editor软件，导入原理图，完成元器件的布局和连线。

    2  千兆以太网交换机的总体设计方案
    2.1  项目需求分析
    在千兆以太网的硬件设计之前，首先要对整个设计有个纲领上的总结和分析，因此先对整个交换机需要达到的功能和性能进行分析，然后划分出实现这些功能和性能所需要完成的模块，总结出设计过程中需要注意的点，对于整个设计过程来说是个至关重要的一步。
    首先，交换机要达到千兆以太网交换机的标准和基本功能。其中包括：
    1）    以太网采用千兆以太网，符合TCP/UDP协议标准；
    2）    千兆以太网接口符合IEEE802.3ab定义的1000 BASE-T以太网标准；
    3）    支持基于端口的VLAN，4k任意划分；
    4）    支持MAC地址自动学习，MAC地址表总共个数为16k；
    5）    具有组播能力，用于视频的多路转发；
    6）    支持端口镜像，具有对除视音频端口外的所有端口数据镜像到一个专用端口的能力；
    7）    具有基于报文优先级设置；
    此外，对于本款千兆以太网交换机，它还具备了其他的要求。包括：
    1)    模块接口支持16路以太网接口；
    2)    具有在板卡故障被断电后，通过RS422接口供电和获得板卡在故障前的状态信息，并确保交换卡在线运行时关闭RS422接口；
    3)    具有通过CAN接口监控主机探测交换卡的存活状态和工作状态，以及硬件信息的能力；
    4)    具有断电数据保护功能；主要是系统一些重要信息掉电不会丢失，如配置信息；
    因此，整个系统的性能要求为：
    1)    交换容量：32G；
    2)    交换方式：存储转发；
    3)    16 x 10/100/1000Base-T接口，10/100/1000M自适应，全/半双工支适应，MDI/MDIX自适应；
    4)    CAN总线符合CAN2.0B标准，波特率为500Kbps；
    5)    电源：12V；
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