单片机控制的网络交换机设计与实现

唐建宏

摘要：随着信息技术的不断提高以及大数据理念与应用的不断深入，智能控制的单片机与以太网交换机之间的联系日益紧密，其软件、硬件的设计与研发也在不断地进步。本文基于以太网等网络交换机与单片机智能控制之间的软件设计、PC管理程序、硬件电路等内容进行分析，探讨网络交换机之间的资源与自身配置、管理和运行，以便于提高数据传输、处理的速度，拉近人与人之间、人与社会之间的距离，促进全球经济的紧密联系与发展。

关键词：交换机；单片机；网络设计；软件设计；技术研发

一、 前言

在计算机理论与研发技术的日益提高、计算机性能优化、信息传递加快的时代背景下，随着社会经济、科学技术的不断深入，对计算机的通信量、硬件性能、软件操作技术等领域的要求也越来越高。但是，从通信市场与数据流通市场的反馈来看，传统的局域网已经显露出了捉襟见肘的颓势，这就给交换式的以太网技术带来了发展的契机。而网络交换机因其自身的架构与软件设计特性而能够增加带宽，因地制宜地建立起分散的网络与端口，能够极大地满足企业等使用者与电信宽带等运营商之间的需求与和谐关系的要求。

二、 单片机的概述

单片机是一种嵌入型微控制器，主要是一种集成计数器/定时、存储器、输入/输出接口、中央处理器的集成芯片微型计算机，具有体积小、输出和输入接口简单、成本低等特点，与微型计算机中最小的系统可以相媲美，主要被运用于手机、鼠标、掌上电脑、电子玩具等电子产品，分为总线型/非总线型、专用型/通用型、家电型/工控型等类型。其中在通用专用领域中最为突出的就是电子体温计中的运用，在单片机内集成ADC接口的温度测量控制电路；控制型的微器件、外设接口集成度高、小封装且价格低，最为明显的就是80C51类型单片机，可以作为总线型、通用型、工控型三类使用。单片机的运行是自动执行指令的过程，而单片机所能执行的指令统称为指令系统，不同类型的单片机有不同的指令系统，其中程序计数器PC是将一条条顺序存放的指令顺序执行并追踪指令所在地的部件，其增加量是由指令长度决定的，以保证指令顺序执行。

三、 网络交换机

（一） 网络交换机概述

网络交换机是为子网提供更多连接端口、能够连接更多电脑的扩大网络的设备，具有灵活度高、易于实现、性能价格比高、相对简单等特点，从广义上分类为局域网交换机与广域网交换机两种，而从狭义的角度来说，依据不同的划分标准可以有多种分类。例如，以其网絡构成方式的复杂性可以分为核心层交换机（由机箱式模块化设计、1000BaseT模块配套而成）、汇聚层交换机（由多个1000BaseT端口或1000BaseX等其他形式端口、固定和机箱式端口设计而成）、接入层交换机（支持1000BaseT以太网交换机的端口式交换机），而局域网交换机因其适应的快速以太网、以太网、ATM、FDDI、令牌环网等多样环境而分为快速以太网交换机、以太网交换机、ATM交换机、FDDI交换机、令牌环网交换机等种类；按照OSI七层网络模型来划分，可以将其分为第四、第三、第二层至第七层交换机，一般在MAC地址作业的第二层交换机运用得最为频繁，多用于网络的汇聚层与接入层；依据架构的特点来划分，可以分为不带扩展槽固定配置式、带扩展槽固定配置式、机架式交换机三类，其中机架式交换机的扩展性能较强，能够满足于多类型的网络，多被高端交换机采用，但是不带扩展槽的固定式配置交换机因其价格低廉、一般仅支持以太网而多被运用于办公室或企业环境中的局域网，同时也是行业中运用最为广泛的一类。

（二） 网络交换机的性能要求

随着人们对网络高宽带、安全性能的要求越来越高，网络交换机的应用与发展迎来了一个高速发展的峰值，而不同的交换机对电路性能、硬件设计、软件编程都有着不同的要求。例如，选取由3个八口交换芯片、AL101芯片的ROX总线组成的交换机（24端口/1个），对电路性能有着极高的要求，特别是在ESD、EMC上，因其高速PCB电路板的运行要求而具有更高的要求，这就需要将晶振的精度控制在 50PPM 范围内，选用50MHZ、75MHZ的高速时钟，且时钟分配之间的差距要控制在2ns之内。

（三） 网络交换机的软件设计

从单片机的结构来看，将其运用在网络交换机的软件设计中，那么在整个设计的过程和整体要求下，其控制软件将会被赋予完成读写寄存器和与PC之间的通信，在这个模型单元内尽可能地配置好各类型适应交换机工作的模式，提高交换机的适用性与灵活性；在串口与微控制器之间配置一个电平转换芯片，用于完成PC与微控制器之间的信号转换、传输，创造不同的工作模式，如镜像设置、10/100M速率设置、广播风暴控制等模式。而在单片机软件的特殊设计外，对于PC管理程序也需要优化编程与设计，如在管理程序的设计中采用VB语言编程，配设易懂的软件，提高用户的自主能动性，同时能够容易地对网络交换机进行配置。

四、 结语

在大数据时代不断推进，电子设备高性能、高带宽、多端口、大通信量的背景下，加强对单片机控制的网络交换机的硬件设备研发、软件设计优化有着重要的积极意义，对计算机技术、电子信息工程技术的发展有着极大的影响。在以AL101芯片为ROX总线的单片机条件下，将其控制性能赋予在网络交换机上，主要体现在其不同工作模式的设置、电路的优化等方面，能够有效地促进网络交换机对不同用户需求的满足度，也能够促进网络交换机（以单片机控制为主）的推广与应用，从而反哺信息数据、信号的传输与交换，促进经济、文化的全球性、多元化发展。

参考文献：

[1]张培仁.基于C语言编程的MCS51系列单片机原理与应用[M].清华大学出版社，2003：27-30.

[2]唐金辉.网络交换机电源定时控制器的应用设计[J].自动化技术与应用，2008，（1）：112-113.