CN115225590B - 一种双模式百兆网络交换机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双模式百兆网络交换机系统，包括：供电子系统用于利用电源转换芯片提供多种不同规格的电源电压；在电源通断控制芯片接收到交换模式、直连模式的控制信号时，对应控制百兆网络交换子系统的电源导通、断开；CAN解析子系统用于对输入CAN信号利用单片机芯片进行解析，向供电子系统和百兆网络切换子系统输出与CAN信号相对应的、表征工作模式的控制信号；百兆网络切换子系统用于在百兆网络切换芯片接收到直连模式的控制信号时实现两个预设网口直连，在接收到交换模式的控制信号时将两个预设网口接入百兆网络交换子系统；后者用于利用百兆网络交换芯片对所有接入网口实现交换功能。本发明有两种工作模式，能降低整体系统功耗。

Description

一种双模式百兆网络交换机系统
技术领域
本发明属于网络交换机领域，具体涉及一种双模式百兆网络交换机系统。
背景技术
网络交换机是一种在同一数据连接上管理多台计算机或网络共享的设备。随着国民经济的飞速发展，网络覆盖范围已经延伸到了更为偏远的地区。针对不要求网络传输速率非常高的部分场景，比如偏远地区或者普通家用等小型网络场所，经济成本可能是网络构建时考虑更多的一个因素，因此通常选择优质的百兆网络交换机作为首选方案。
目前传统的百兆网络交换机是通过交换芯片来实现多个端口同时进行数据交换的。但是，在某些特定场景中，实际上只有两个端口在日常作业中进行数据交换，而其他端口并不参与数据交换。因此，在该种情况下，使用传统的百兆网络交换机会使得交换设备的整体功耗较大。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种双模式百兆网络交换机系统。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种双模式百兆网络交换机系统，包括供电子系统、CAN解析子系统、百兆网络切换子系统和百兆网络交换子系统，其中：
所述供电子系统，用于利用内部的电源转换芯片向其余子系统提供多种不同规格的电源电压；并在内部的电源通断控制芯片接收到交换模式的控制信号时，控制所述百兆网络交换子系统的电源导通，在所述电源通断控制芯片接收到直连模式的控制信号时，控制所述百兆网络交换子系统的电源断开；
所述CAN解析子系统，用于对输入的CAN信号利用内部的单片机芯片进行解析，并向所述供电子系统和所述百兆网络切换子系统输出与所述CAN信号相对应的、表征工作模式的控制信号；其中，所述工作模式包括交换模式和直连模式；
所述百兆网络切换子系统，用于在内部的百兆网络切换芯片接收到所述直连模式的控制信号时，实现两个预设网口的直连，以及在接收到所述交换模式的控制信号时，利用所述百兆网络切换芯片将所述两个预设网口接入所述百兆网络交换子系统；
所述百兆网络交换子系统，用于利用内部的百兆网络交换芯片，对包括所述两个预设网口在内的所有接入网口实现网络交换功能。
在本发明的一个实施例中，所述CAN解析子系统向所述供电子系统和所述百兆网络切换子系统输出与所述CAN信号相对应的、表征工作模式的控制信号，包括：
当所述CAN信号为第一数据时，所述单片机芯片向所述电源通断控制芯片和所述百兆网络切换芯片输出低电平的、表征直连模式的控制信号；
当所述CAN信号为第二数据时，所述单片机芯片向所述电源通断控制芯片和所述百兆网络切换芯片输出高电平的、表征交换模式的控制信号。
在本发明的一个实施例中，所述电源转换芯片包括：
用于将外部输入的预设电源电压转换为12V电压的12V电压转换芯片、将所述预设电源电压转换为5V电压的5V电压转换芯片，以及将所述5V电压转换芯片输出的5V电压转换为3.3V电压的3.3V电压转换芯片；其中，所述预设电源电压的电压范围包括18～29V。
在本发明的一个实施例中，所述百兆网络交换子系统，还包括：
为所述百兆网络交换芯片提供电源的电源单元；所述电源单元包括5V转3.3V电源单元电路和3.3V转1.1V电源单元电路；
其中，所述5V转3.3V电源单元电路用于在所述电源通断控制芯片为所述百兆网络交换子系统提供的电压为5V时，将该5V电压转换为3.3V电压；所述3.3V转1.1V电源单元电路用于将所述5V转3.3V电源单元电路输出的3.3V电压转换为1.1V电压；所述电源单元输出的3.3V电压和1.1V电压用于为所述百兆网络交换芯片的不同引脚以及外围电路进行供电。
在本发明的一个实施例中，所述供电子系统在内部的电源通断控制芯片接收到交换模式的控制信号时，控制所述百兆网络交换子系统的电源导通，在所述电源通断控制芯片接收到直连模式的控制信号时，控制所述百兆网络交换子系统的电源断开，包括：
所述电源通断控制芯片在接收到所述交换模式的控制信号时，切换到闭合状态，经其电压输出引脚向所述百兆网络交换子系统的电源单元输出5.0V电压；
所述电源通断控制芯片在接收到所述直连模式的控制信号时，切换到断开状态，断开经其电压输出引脚向所述百兆网络交换子系统的电源单元输出的5V电压。
在本发明的一个实施例中，所述百兆网络切换子系统包括四个百兆网络切换芯片；其中，两个百兆网络切换芯片固定连接所述两个预设网口之一；另外两个百兆网络切换芯片固定连接所述两个预设网口之另一；
所述百兆网络切换子系统在内部的百兆网络切换芯片接收到直连模式的控制信号时，实现两个预设网口的直连，以及在接收到交换模式的控制信号时，利用所述百兆网络切换芯片将所述两个预设网口接入所述百兆网络交换子系统，包括：
各百兆网络切换芯片在接收到直连模式的控制信号时，导通与其相对应的其余百兆网络切换芯片的连接，实现两个预设网口的直连；
各百兆网络切换芯片在接收到交换模式的控制信号时，断开与其相对应的其余百兆网络切换芯片的连接，并导通与所述百兆网络交换芯片的连接，将所述两个预设网口接入所述百兆网络交换芯片。
在本发明的一个实施例中，所述单片机芯片，包括：
单片机芯片STM32F409IGT6。
在本发明的一个实施例中，所述百兆网络切换芯片，包括：
切换芯片ADG5436BRUZ。
在本发明的一个实施例中，所述百兆网络交换芯片，包括：
交换芯片IP175G。
在本发明的一个实施例中，所述双模式百兆网络交换机系统的默认初始化状态为直连模式。
本发明的有益效果：
本发明实施例所提供的双模式百兆网络交换机系统，CAN解析子系统中的单片机芯片对外部CAN信号解析得到控制信号后，向供电子系统和百兆网络切换子系统输出与CAN信号相对应的、表征工作模式的控制信号，供电子系统在电源通断控制芯片接收到交换模式的控制信号时，控制百兆网络交换子系统的电源导通，百兆网络切换子系统将工作模式切换至交换模式，百兆网络交换子系统正常工作，所有接入网口可以实现网络交换；在电源通断控制芯片接收到直连模式的控制信号时，控制百兆网络交换子系统的电源断开，百兆网络切换子系统将工作模式切换至直连模式，仅两个预设网口实现数据交换，同时使得百兆网络交换子系统不工作，不产生设备功耗。可见，本发明实施例具备两网口直连模式和所有网口的交换模式，能够根据外部CAN信号自动进行工作模式切换，能够提供百兆网络数据交换功能，且能够降低交换设备的整体功耗。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种双模式百兆网络交换机的功能示意图；
图2是本发明实施例提供的一种双模式百兆网络交换机的结构示意图；
图3为本发明实施例百兆网络交换子系统利用百兆网络切换芯片实现工作模式切换的过程示意图；
图4为本发明实施例提供的一种12V电压转换芯片的外围电路结构图；
图5为本发明实施例提供的一种5V电压转换芯片的外围电路结构图；
图6为本发明实施例提供的一种3.3V电压转换芯片的外围电路结构图；
图7为本发明实施例提供的一种电源通断控制芯片的外围电路结构图；
图8为本发明实施例提供的一种CAN收发器的外围电路结构图；
图9为本发明实施例提供的一种单片机芯片的外围电路结构图；
图10为本发明实施例提供的一种百兆网络切换子系统的电路结构图；
图11为本发明实施例提供的一种5V转3.3V电源单元电路的结构图；
图12为本发明实施例提供的一种3.3V转1.1V电源单元电路的结构图；
图13为本发明实施例提供的一种百兆网络交换芯片的外围电路结构图；
图14是本发明实施例提供的一种基于芯片具体选型的双模式百兆网络交换机的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了降低百兆网络中交换设备的整体功耗，本发明实施例提供了一种双模式百兆网络交换机系统，采用网络直连与网络交换并存的双模式设计。主要功能请参见图1理解，图1是本发明实施例提供的一种双模式百兆网络交换机系统的功能示意图。图1中虚线框代表该双模式百兆网络交换机系统。其具体实现“网络交换”与“网络直连”的双模式网络通信功能。直连模式下，实现“网口1”和“网口2”的网络直连功能；交换模式下，实现“网口1”、“网口2”、“网口3”、“网口4”等多个网口的网络交换功能，即作为一般的“百兆网络交换机”使用。
关于该双模式百兆网络交换机系统的结构请参见图2，图2是本发明实施例提供的一种双模式百兆网络交换机系统的结构示意图，该双模式百兆网络交换机系统100包括供电子系统110、CAN解析子系统120、百兆网络切换子系统130和百兆网络交换子系统140，其中：
供电子系统，用于利用内部的电源转换芯片向其余子系统提供多种不同规格的电源电压；并在内部的电源通断控制芯片接收到交换模式的控制信号时，控制百兆网络交换子系统的电源导通，在电源通断控制芯片接收到直连模式的控制信号时，控制百兆网络交换子系统的电源断开。
CAN解析子系统，用于对输入的CAN信号利用内部的单片机芯片进行解析，并向供电子系统和百兆网络切换子系统输出与CAN信号相对应的、表征工作模式的控制信号；其中，工作模式包括交换模式和直连模式。
百兆网络切换子系统，用于在内部的百兆网络切换芯片接收到直连模式的控制信号时，实现两个预设网口的直连，以及在接收到交换模式的控制信号时，利用百兆网络切换芯片将两个预设网口接入百兆网络交换子系统。
百兆网络交换子系统，用于利用内部的百兆网络交换芯片，对包括两个预设网口在内的所有接入网口实现网络交换功能。
为了便于理解各部分的组成和工作原理，以下对各个子系统分别进行说明。
(1)供电子系统
供电子系统可以根据双模式百兆网络交换机系统中各器件不同的供电需求，利用供电子系统内的电源转换芯片将外部输入的电压值转化为不同大小的电压。本发明实施例可以根据各个子系统不同的电压需求值，在供电子系统内部设置一个或多个电源转换芯片。
可选的一种实施方式中，电源转换芯片包括：
用于将外部输入的预设电源电压转换为12V电压的12V电压转换芯片、将预设电源电压转换为5V电压的5V电压转换芯片，以及将5V电压转换芯片输出的5V电压转换为3.3V电压的3.3V电压转换芯片。
可以采用现有的任意一种能够将一定电压值转换为12V电压值的芯片作为本发明实施例的12V电压转换芯片，比如KIA7812AF、KIA7812API等。可以采用现有的任意一种能够将一定电压值转换为5V电压值的芯片作为本发明实施例的5V电压转换芯片，比如7805稳压芯片、AZ2490-5.0等；并可以采用现有的任意一种能够将5V电压值转换为3.3V电压值的芯片作为本发明实施例的3.3V电压转换芯片，比如AZ2490-3.3、LM1084-3.3等，可以根据电路的需要对两者进行具体选型。
可选的一种实施方式中，预设电源电压的电压范围包括18～29V。当然，本发明实施例的预设电源电压的电压范围可以不限于该范围。
供电子系统中的电源通断控制芯片用于控制百兆网络交换子系统的电源通断，电源通断控制芯片其中一个引脚作为自身的控制信号输入端，用来接收单片机芯片输出的控制信号，另一个引脚作为自身的电压输出端，用于向百兆网络交换子系统提供电源电压。当电源通断控制芯片的控制信号输入端接收到交换模式的控制信号时，控制百兆网络交换子系统的电源导通，向百兆网络交换子系统提供5V电源电压；在电源通断控制芯片接收到直连模式的控制信号时，控制百兆网络交换子系统的5V电源电压断开。
可以理解的是，当百兆网络交换子系统的电源电压为5V时，百兆网络交换子系统工作，当百兆网络交换子系统的5V电源电压断开时，百兆网络交换子系统处于掉电状态，不工作，因此，能够降低整体的系统功耗。
本发明实施例中，电源通断控制芯片可以采用现有的任意一种具备电源通断切换功能的芯片实现，比如AAP2281、FDC6329L等，可以根据需要进行选型。
(2)CAN解析子系统
可选的一种实施方式中，CAN解析子系统还包括CAN接口电路；CAN接口电路用于接收外设CAN总线的CAN信号，并对输入的CAN信号进行数据处理，通过单片机指定IO口输出控制信号。关于CAN接口电路可以采用CAN接口和现有的任意一种CAN收发器实现，比如，CAN收发器可以为SIT82C250、PCA82C250等。
CAN解析子系统可以对接收到的CAN信号进行处理，并输出相应的控制信号。一方面，其可以向百兆网络切换子系统输出控制信号实现两种工作模式的切换；另一方面，其可以向供电子系统的电源通断控制芯片输出控制信号实现百兆网络交换子系统的电源通断。
可选的一种实施方式中，CAN解析子系统向供电子系统和百兆网络切换子系统输出与CAN信号相对应的、表征工作模式的控制信号，包括：
当CAN信号为第一数据时，单片机芯片向电源通断控制芯片和百兆网络切换芯片输出低电平的、表征直连模式的控制信号。
当CAN信号为第二数据时，单片机芯片向电源通断控制芯片和百兆网络切换芯片输出高电平的、表征交换模式的控制信号。
其中，CAN信号对应的第一数据和第二数据是根据单片机芯片的编写代码确定的，具体的数据形式在此不做限定。一种可选的实施方式中，CAN信号对应的第一数据可以为“00 00 00 00 00 00 00 00”等。相应的，CAN信号对应的第二数据可以为“00 00 00 00 0000 00 01”。
当CAN信号为第一数据时，单片机芯片对其进行数据处理后，由单片机芯片与电源通断控制芯片连接的一个引脚，向电源通断控制芯片输出低电平的控制信号，以使得电源通断控制芯片在接收到该低电平的控制信号后，断开百兆网络交换子系统的电源，使百兆网络交换子系统不工作；并由单片机芯片与百兆网络切换芯片连接的一个引脚，向百兆网络切换芯片输出低电平的控制信号，使其将工作模式切换至直连模式。
当CAN信号为第二数据时，单片机芯片对其进行数据处理后，由单片机芯片与电源通断控制芯片连接的一个引脚，向电源通断控制芯片输出高电平的控制信号，以使得电源通断控制芯片在接收到该高电平的控制信号后，导通百兆网络交换子系统的电源，使百兆网络交换子系统工作；并由单片机芯片与百兆网络切换芯片连接的一个引脚，向百兆网络切换芯片输出高电平的控制信号，使其将工作模式切换至交换模式。
本发明实施例的单片机芯片可以根据需要从现有的单片机芯片中选型，比如可以为SMT32F767IGT6、STM32F103ZET6等。
(3)百兆网络切换子系统
百兆网络切换子系统可以根据接收到的控制信号，实现直连模式和交换模式的切换。
具体的，百兆网络切换子系统包括四个百兆网络切换芯片；其中，两个百兆网络切换芯片固定连接所述两个预设网口之一；另外两个百兆网络切换芯片固定连接所述两个预设网口之另一。
本发明实施例中的百兆网络切换芯片可以利用现有的任意一种带宽达到百兆的切换芯片实现，比如，可以为CD4051等。
在上述基础上，百兆网络切换子系统在内部的百兆网络切换芯片接收到直连模式的控制信号时，实现两个预设网口的直连，以及在接收到交换模式的控制信号时，利用百兆网络切换芯片将两个预设网口接入百兆网络交换子系统，包括：
各百兆网络切换芯片在接收到直连模式的控制信号时，导通与其相对应的其余百兆网络切换芯片的连接，实现两个预设网口的直连。
各百兆网络切换芯片在接收到交换模式的控制信号时，断开与其相对应的其余百兆网络切换芯片的连接，并导通与百兆网络交换芯片的连接，将两个预设网口接入百兆网络交换芯片。
本发明实施例中的百兆网络切换芯片可以理解为一个模拟开关，为了便于理解百兆网络交换子系统利用百兆网络切换芯片实现工作模式切换的过程，在此以一个示意图进行简要说明，请参见图3，图3为本发明实施例百兆网络交换子系统利用百兆网络切换芯片实现工作模式切换的过程示意图。
其中，网口1和网口2为两个预设网口，网口1和百兆网络切换芯片1通过百兆网络切换芯片1的端口a1实现固定连接，网口1和百兆网络切换芯片2通过百兆网络切换芯片2的端口a2实现固定连接；网口2和百兆网络切换芯片3通过百兆网络切换芯片3的端口a3实现固定连接，网口2和百兆网络切换芯片4通过百兆网络切换芯片4的端口a4实现固定连接。
百兆网络切换芯片1、百兆网络切换芯片2、百兆网络切换芯片3和百兆网络切换芯片4分别通过端口b1、b2、b3和b4和百兆网络交换芯片连接。
百兆网络切换芯片1、百兆网络切换芯片2、百兆网络切换芯片3和百兆网络切换芯片4的端口c1、c2、c3和c4是活动连接端。
各百兆网络切换芯片在接收到直连模式的控制信号时，a1连接c1,a2连接c2，a3连接c3，a4连接c4，实现四个百兆网络切换芯片的连接，也就实现了网口1和2的直连，可见，直连模式是直接由百兆网络切换芯片实现的。
各百兆网络切换芯片在接收到交换模式的控制信号时，断开a1和c1，a2和c2，a3和c3，以及a4和c4的连接；并且，a1连接b1,a2连接b2，a3连接b3，a4连接b4，实现利用百兆网络切换芯片1和2将网口1和2连接到百兆网络交换芯片上的目的。之后，网口1和2即可与已经连入百兆网络交换芯片上的网口3、网口4…网口n一起利用百兆网络交换芯片实现网络交换功能。
需要补充说明的是，图3中端口a1等各个端口仅仅作为连接关系的示意，并不代表实际器件中为单端口或者单线连接。
(4)百兆网络交换子系统
本发明实施例中，百兆网络交换子系统的整体供电是由供电子系统的电源转换芯片提供的，但由于百兆网络交换子系统内百兆网络交换芯片的供电需求并不是5V，则需要一定的电源转换电路，将5V转换为需要的电源电压。
本发明实施例中的百兆网络交换芯片可以利用现有的任意一种带宽达到百兆的交换芯片实现，比如，可以为KSZ8795CLXIC等。
因此，针对该种情况，可选的一种实施方式中，百兆网络交换子系统，还包括：
为百兆网络交换芯片提供电源的电源单元；电源单元包括5V转3.3V电源单元电路和3.3V转1.1V电源单元电路。
其中，5V转3.3V电源单元电路用于在电源通断控制芯片为百兆网络交换子系统提供的电压为5V时，将该5V电压转换为3.3V电压；3.3V转1.1V电源单元电路用于将5V转3.3V电源单元电路输出的3.3V电压转换为1.1V电压；电源单元输出的3.3V电压和1.1V电压用于为百兆网络交换芯片的不同引脚以及外围电路进行供电。
那么相应的，前文的供电子系统是直接向该电源单元提供电源电压的。
具体的，供电子系统在内部的电源通断控制芯片接收到交换模式的控制信号时，控制百兆网络交换子系统的电源导通，在电源通断控制芯片接收到直连模式的控制信号时，控制百兆网络交换子系统的电源断开，包括：
电源通断控制芯片在接收到交换模式的控制信号时，切换到闭合状态，经其电压输出引脚向百兆网络交换子系统的电源单元输出5.0V电压。
电源通断控制芯片在接收到直连模式的控制信号时，切换到断开状态，断开经其电压输出引脚向百兆网络交换子系统的电源单元输出的5V电压。
本发明实施例中，当处于直连模式时，百兆网络交换芯片为掉电状态，整个百兆网络交换子系统不工作；当处于交换模式时百兆网络交换芯片正常工作，百兆网络交换芯片的所有接入网口连接的外部设备之间互连互通，百兆网络交换子系统与传统百兆网络交换机的功能相同。
需要说明的是，本发明实施例中的12V电压转换芯片、5V电压转换芯片、3.3V电压转换芯片、电源通断控制芯片、单片机芯片、百兆网络切换芯片和百兆网络交换芯片等芯片的具体外围电路构成，可以根据芯片手册结合性能指标要求，通过电路仿真和实验确定，在此不做具体限定。
本发明实施例所提供的双模式百兆网络交换机系统，CAN解析子系统中的单片机芯片对外部CAN信号解析得到控制信号后，向供电子系统和百兆网络切换子系统输出与CAN信号相对应的、表征工作模式的控制信号，供电子系统在电源通断控制芯片接收到交换模式的控制信号时，控制百兆网络交换子系统的电源导通，百兆网络切换子系统将工作模式切换至交换模式，百兆网络交换子系统正常工作，所有接入网口可以实现网络交换；在电源通断控制芯片接收到直连模式的控制信号时，控制百兆网络交换子系统的电源断开，百兆网络切换子系统将工作模式切换至直连模式，仅两个预设网口实现数据交换，同时使得百兆网络交换子系统不工作，不产生设备功耗。可见，本发明实施例具备两网口直连模式和所有网口的交换模式，能够根据外部CAN信号自动进行工作模式切换，能够提供百兆网络数据交换功能，且能够降低交换设备的整体功耗。
以下对本发明实施例一些可选的实施方式进行具体说明。
可选的一种实施方式中，12V电压转换芯片包括：稳压器LM3480IM3-12。
请参见图4，图4为本发明实施例提供的一种12V电压转换芯片的外围电路结构图。
图4中，“18V～29V”电源接口提供来自外部的预设电源电压。“Vin+”与“18V～29V”电源接口相连，作为稳压器LM3480IM3-12的输入端，“+12.0V”固定输出12V电压到百兆网络切换子系统”的百兆网络切换芯片的供电引脚。
其中，LM3480IM3-12稳压器的输入端和输出端分别连接有电感C70和C71用于滤波。
可选的一种实施方式中，5V电压转换芯片包括：稳压器LM2596_5.0。
请参见图5，图5为本发明实施例提供的一种5V电压转换芯片的外围电路结构图。
图5中，“Vin+”与“18V～29V”电源接口相连，连接到稳压器LM2596_5.0引脚1对应的“Vin”端口作为其输入端。同时，“Vin”端口还对地并接有电容C67和C68。其中C68作为输入端旁路电容，主要作用是防止出现大电压瞬变，以及在每次开关导通时提供所需的瞬时电流；C67为滤波电容。引脚2作为输出端口，串联电感L1后通过“Vin_+5V”固定输出5V电压到“3.3V电压转换芯片”和“电源通断控制芯片”。此外，“Vin_+5V”输出的5V电压可以为CAN解析子系统中的CAN收发器供电。并且，在电感L1的两侧分别对地连接有一个肖特基二极管D2和电容C69，D2用于在降压稳压器开关关闭时为电感电流提供返回路径；C69作为输出电容器来过滤输出电压，并提供稳压器环路稳定性。
稳压器LM2596_5.0的引脚3和5接地。引脚4连接至电感L1的输出端，用于监测输出电压并进行控制。
可选的一种实施方式中，3.3V电压转换芯片包括：线性稳压器RT9193-33GB。
请参见图6，图6为本发明实施例提供的一种3.3V电压转换芯片的外围电路结构图。
图6中，5V电压转换芯片输出的5V电压通过“Vin_+5V”输入到线性稳压器RT9193-33GB中，同时，“Vin_+5V”还对地接有电容C75，C75可确保稳压器更好的电源抑制比和线路瞬态反应。引脚5对应的“Vout_3.3V”固定输出3.3V电压(图6中表示为VCC3.3)，为CAN解析子系统供电，引脚5还对地接有电容C72。C72可以降低噪声并改善负载瞬态响应、稳定性和电源抑制比。
线性稳压器RT9193-33GB的引脚2接地。引脚4对地连接有电容C76。C76作为“BP”引脚的旁路电容主要作用是显著降低稳压器输出上的噪声后接地。
可选的一种实施方式中，电源通断控制芯片包括：电源通断控制芯片AAT4610B。
请参见图7，图7为本发明实施例提供的一种电源通断控制芯片的外围电路结构图。
图7中，5V电压转换芯片输出的5V电压通过“Vin_+5V”，经引脚5输入到电源通断控制芯片AAT4610B，引脚5对地连接有滤波电容C65。CAN解析子系统中的单片机芯片输出的控制信号经通过电源通断控制芯片AAT4610B的引脚4输入。当引脚4接收到高电平的控制信号时，电源通断控制芯片AAT4610B处于闭合状态，引脚1对应的“JH_5.0V”输出5V电压，为百兆网络交换子系统供电；当引脚4接收到低电平的控制信号时，电源通断控制芯片AAT4610B处于断开状态，“JH_5.0V”输出0V电压，控制百兆网络交换子系统断电。
其中，电源通断控制芯片AAT4610B的引脚1对地连接有滤波电容C66；引脚2接地；引脚3对地连接有电阻R35，R35是接在“SET”引脚和地之间的电流限制电阻，通过调节电阻阻值，可以改变模块阈值电流。
可选的一种实施方式中，CAN收发器包括：CAN收发器TJA1050T。
请参见图8，图8为本发明实施例提供的一种CAN收发器的外围电路结构图。
图8中，供电子系统输出的5.0V电压“Vin_+5V”通过CAN收发器TJA1050T的引脚3提供供电电压。引脚6和引脚7通过CAN接口“P1”与外设CAN总线相连，作为CAN信号输入。经CAN收发器TJA1050T处理过的CAN信号通过“USB_D+”和“USB_D-”接入到单片机芯片中，完成CAN解析动作。
其中，引脚2和“Vin_+5V”之间串接有滤波电容C58；引脚6和7之间连接有终端匹配电阻R30。
可选的一种实施方式中，单片机芯片，包括：单片机芯片STM32F429IGT6。
请参见图9，图9(a)和图9(b)合并构成本发明实施例提供的一种单片机芯片的外围电路结构图。图9(a)和图9(b)分别是该单片机芯片STM32F429IGT6外围电路的上半部分和下半部分。
图9中，供电子系统输出的3.3V电压通过单片机芯片STM32F429IGT6的引脚15、23、36、49、62、72、82、91、103、114、127、136、149、159、172提供供电电压。经CAN收发器TJA1050T处理过的CAN信号通过“PA11、PA12”输入到单片机芯片STM32F429IGT6，然后通过引脚PB13\PB14\PB15输出控制信号。
具体的，单片机芯片STM32F429IGT6利用引脚PB13将其控制信号发送至百兆网络切换芯片。单片机芯片STM32F429IGT6的引脚PB14是预留的IO口，可以连接其余设备。单片机芯片STM32F429IGT6的引脚PB15将其控制信号，通过电源通断控制芯片AAT4610B的引脚4输入电源通断控制芯片AAT4610B。
单片机芯片STM32F429IGT6其余引脚连接的电阻、电容、电感等器件，请详见图9，在此不再一一说明。
可选的一种实施方式中，百兆网络切换芯片，包括：切换芯片ADG5436BRUZ。切换芯片ADG5436BRUZ带宽能够达到百兆以上。
请参见图10，图10为本发明实施例提供的一种百兆网络切换子系统的电路结构图。
图10中有四个切换芯片ADG5436BRUZ。供电子系统电路输出的12V电压通过各切换芯片ADG5436BRUZ的引脚5提供供电电压。CAN解析子系统中单片机芯片STM32F409IGT6的引脚PB13，通过切换芯片ADG5436BRUZ的引脚1和9输入控制信号。
当引脚1和9接收到低电平的控制信号时，处于直连模式，两个预设网口，即网口1、网口2通过四组切换芯片ADG5436BRUZ完成网口直连，实现网络直连功能，具体的，切换芯片1、2的DX(即切换芯片引脚3、11)接网口1；切换芯片3、4的DX(即切换芯片引脚3、11)接网口2。当四个切换芯片的引脚1、9接收到低电平的控制信号时，切换芯片1、2、3、4的DX与SXA断开，与SXB依次对应接通，然后切换芯片1、2的SXB和切换芯片3、4的SXB依次相连，实现网络直连。原理如图10所示(X＝1、2)。
当切换芯片ADG5436BRUZ的引脚1和9接收到高电平的控制信号时，处于交换模式，网口1(RJ45-1)、网口2(RJ45-2)通过切换芯片ADG5436BRUZ接入百兆网络交换子系统，实现网络交换功能。具体的，切换芯片1、2、3、4的SXA引脚(即切换芯片引脚2、10)与交换芯片的引脚1、2、3、4、44、45、46、47相连。当四个切换芯片引脚1、9接收到到高电平的控制信号时，切换芯片1、2、3、4的DX与SXB断开，与SXA依次对应接通，网口1、2接入交换芯片，实现网络交换功能。原理如图10所示(X＝1、2)。
可选的一种实施方式中，为百兆网络交换芯片提供电源的电源单元中，5V转3.3V电源单元电路主要由线性稳压芯片AP7365-33YRG-13搭建得到。
请参见图11，图11为本发明实施例提供的一种5V转3.3V电源单元电路的结构图。
图11中，供电子系统的电源通断控制芯片输出的5.0V电压“JH_5.0V”，通过线性稳压芯片AP7365-33YRG-13的引脚3输入，以提供供电电压，并引脚1输出3.3V电压(图11中表示为VCC33)，以提供给百兆网络交换芯片和3.3V转1.1V电源单元电路。并且，线性稳压芯片AP7365-33YRG-13的引脚3和1分别还对地连接有滤波电容PC2和PC3。
可选的一种实施方式中，为百兆网络交换芯片提供电源的电源单元中，3.3V转1.1V电源单元电路主要由线性稳压芯片TCR2LN11搭建得到。
请参见图12，图12为本发明实施例提供的一种3.3V转1.1V电源单元电路的结构图。
图12中，5V转3.3V电源单元输出的3.3V电压，通过线性稳压芯片TCR2LN11的引脚4输入，以提供供电电压，并通过引脚1输出1.1V电压(图12中表示为VCC11)，以提供给百兆网络交换芯片。并且，线性稳压芯片TCR2LN11的引脚1和引脚4还对地连接有电容滤波PC4和PC5。
可选的一种实施方式中，百兆网络交换芯片，包括：交换芯片IP175G。
交换芯片IP175G可以实现百兆网络带宽，其具有五个连接端口，因此最多可以连接5个网口。当然，本发明实施例可以采用连接端口更多的百兆网络交换芯片以实现更多网口接入，这都是合理的。
请参见图13，图13为本发明实施例提供的一种百兆网络交换芯片的外围电路结构图。
图13中，5V转3.3V电源单元输出的3.3V电压通过交换芯片IP175G的引脚12、18、34、48提供供电，3.3V转1.1V电源单元输出的1.1V电压通过交换芯片IP175G的引脚13、27、40、43提供供电。
在上述基础上对该系统的双模式切换过程进行整体说明：
当CAN信号的数据为低电平“00 00 00 00 00 00 00 00”时，通过CAN接口电路传输到单片机芯片STM32F409IGT6中，经过数据处理由其PB13\PB14\PB15引脚输出低电平的控制信号。其中，PB15输出低电平的控制信号到电源通断控制芯片AAT4610B，实现交换芯片IP175G的5V断电；PB14为预留IO口；PB13输出低电平的控制信号到切换芯片ADG5436BRUZ，实现网口1(RJ45-1)和网口2(RJ45-2)的网络直连。
当CAN信号的数据为高电平“00 00 00 00 00 00 00 01”时，通过CAN接口电路传输到单片机芯片STM32F409IGT6中，经过数据处理由其PB13\PB14\PB15引脚输出高电平的控制信号。其中，PB15输出高电平的控制信号到电源通断控制芯片AAT4610B，实现交换芯片IP175G的5V供电；PB14为预留IO口；PB13输出高电平的控制信号到切换芯片ADG5436BRUZ，将网口1和2接入交换芯片IP175G，网口3(RJ45-3)、网口4(RJ45-4)、网口5(RJ45-5)直接接入交换芯片IP175G，实现所有网口的网络交换。
网口3与交换芯片IP175G的引脚8、9、10、11相连、网口4与交换芯片IP175G的引脚14、15、16、17相连、网口5与交换芯片IP175G的引脚19、20、21、22相连。交换芯片IP175G其余引脚连接的电阻、电容等器件，请详见图13，在此不再一一说明。
可选的一种实施方式中，双模式百兆网络交换机系统的默认初始化状态为直连模式。
双模式百兆网络交换机系统在开机/重启后默认为直连模式，可以保持较小的设备功耗。
表1主要芯片选型明细表
器件 型号 供电电压
交换芯片 IP175G 3.3V/1.2v
切换开关 ADG5436BRUZ 12V
单片机芯片 STM32F409IGT6 1.8V～3.6V
CAN收发器 TJA1050T 4.75V～5.25V
5V电压转换芯片 LM2596_5.0 4.5V～40V
12V电压转换芯片 LM3480IM3-12 0V～30V
3.3V电压转换芯片 RT9193-33GB 2.5V～5.5V
5V电源通断控制芯片 AAT4610B 2.4V～5.5V
通过以上本发明实施例主要芯片的电路原理图可见，本发明实施例针对百兆网络，通过具体的芯片选型和仿真实验，能够搭建出一个低功耗的双模式的交换机系统，结构组成如图14所示，各芯片的一种选型明细请参见表1所示。可见，本发明实施例的双模式百兆网络交换机系统能够根据输入的不同CAN信号，自动切换工作模式，在直连模式下，百兆网络交换子系统呈掉电状态。因此，能够在实现直连模式和交换模式两种工作模式的百兆速率的数据交换基础上，降低整体的设备功耗。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种双模式百兆网络交换机系统，其特征在于，包括供电子系统、CAN解析子系统、百兆网络切换子系统和百兆网络交换子系统，其中：
所述供电子系统，用于利用内部的电源转换芯片向其余子系统提供多种不同规格的电源电压；并在内部的电源通断控制芯片接收到交换模式的控制信号时，控制所述百兆网络交换子系统的电源导通，在所述电源通断控制芯片接收到直连模式的控制信号时，控制所述百兆网络交换子系统的电源断开；
所述CAN解析子系统，用于对所述双模式百兆网络交换机系统外部输入的CAN信号利用内部的单片机芯片进行解析，并向所述供电子系统和所述百兆网络切换子系统输出与所述CAN信号相对应的、表征工作模式的控制信号；其中，所述工作模式包括交换模式和直连模式；
所述百兆网络切换子系统，用于在内部的百兆网络切换芯片接收到所述直连模式的控制信号时，利用所述百兆网络切换芯片直接实现两个预设网口的直连，以及在接收到所述交换模式的控制信号时，利用所述百兆网络切换芯片将所述两个预设网口接入所述百兆网络交换子系统；
所述百兆网络交换子系统，用于利用内部的百兆网络交换芯片，对包括所述两个预设网口在内的所有接入网口实现普通百兆网络交换机的网络交换功能；
其中，所述双模式百兆网络交换机系统的默认初始化状态为直连模式以降低功耗。
2.根据权利要求1所述的双模式百兆网络交换机系统，其特征在于，所述CAN解析子系统向所述供电子系统和所述百兆网络切换子系统输出与所述CAN信号相对应的、表征工作模式的控制信号，包括：
当所述CAN信号为第一数据时，所述单片机芯片向所述电源通断控制芯片和所述百兆网络切换芯片输出低电平的、表征直连模式的控制信号；
当所述CAN信号为第二数据时，所述单片机芯片向所述电源通断控制芯片和所述百兆网络切换芯片输出高电平的、表征交换模式的控制信号。
3.根据权利要求2所述的双模式百兆网络交换机系统，其特征在于，所述电源转换芯片包括：
用于将外部输入的预设电源电压转换为12V电压的12V电压转换芯片、将所述预设电源电压转换为5V电压的5V电压转换芯片，以及将所述5V电压转换芯片输出的5V电压转换为3.3V电压的3.3V电压转换芯片；其中，所述预设电源电压的电压范围包括18～29V。
4.根据权利要求3所述的双模式百兆网络交换机系统，其特征在于，所述百兆网络交换子系统，还包括：
为所述百兆网络交换芯片提供电源的电源单元；所述电源单元包括5V转3.3V电源单元电路和3.3V转1.1V电源单元电路；
其中，所述5V转3.3V电源单元电路用于在所述电源通断控制芯片为所述百兆网络交换子系统提供的电压为5V时，将该5V电压转换为3.3V电压；所述3.3V转1.1V电源单元电路用于将所述5V转3.3V电源单元电路输出的3.3V电压转换为1.1V电压；所述电源单元输出的3.3V电压和1.1V电压用于为所述百兆网络交换芯片的不同引脚以及外围电路进行供电。
5.根据权利要求4所述的双模式百兆网络交换机系统，其特征在于，所述供电子系统在内部的电源通断控制芯片接收到交换模式的控制信号时，控制所述百兆网络交换子系统的电源导通，在所述电源通断控制芯片接收到直连模式的控制信号时，控制所述百兆网络交换子系统的电源断开，包括：
所述电源通断控制芯片在接收到所述交换模式的控制信号时，切换到闭合状态，经其电压输出引脚向所述百兆网络交换子系统的电源单元输出5.0V电压；
所述电源通断控制芯片在接收到所述直连模式的控制信号时，切换到断开状态，断开经其电压输出引脚向所述百兆网络交换子系统的电源单元输出的5V电压。
6.根据权利要求5所述的双模式百兆网络交换机系统，其特征在于，
所述百兆网络切换子系统包括四个百兆网络切换芯片；其中，两个百兆网络切换芯片固定连接所述两个预设网口之一；另外两个百兆网络切换芯片固定连接所述两个预设网口之另一；
所述百兆网络切换子系统在内部的百兆网络切换芯片接收到直连模式的控制信号时，实现两个预设网口的直连，以及在接收到交换模式的控制信号时，利用所述百兆网络切换芯片将所述两个预设网口接入所述百兆网络交换子系统，包括：
各百兆网络切换芯片在接收到直连模式的控制信号时，导通与其相对应的其余百兆网络切换芯片的连接，实现两个预设网口的直连；
各百兆网络切换芯片在接收到交换模式的控制信号时，断开与其相对应的其余百兆网络切换芯片的连接，并导通与所述百兆网络交换芯片的连接，将所述两个预设网口接入所述百兆网络交换芯片。
7.根据权利要求1所述的双模式百兆网络交换机系统，其特征在于，所述单片机芯片，包括：
单片机芯片STM32F409IGT6。
8.根据权利要求1所述的双模式百兆网络交换机系统，其特征在于，所述百兆网络切换芯片，包括：
切换芯片ADG5436BRUZ。
9.根据权利要求1所述的双模式百兆网络交换机系统，其特征在于，所述百兆网络交换芯片，包括：
交换芯片IP175G。
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