基于KSZ8873的雙網口協議轉換模塊設計

摘要：本文基于Micrel公司推出的3端口10/100M交換芯片KSZ8873，充分利用其價格低廉、配置方便、應用多樣等特點，結合PIC32系列單片機，提出并設計出一種RS485/RS232接口轉雙網口的模塊，并且軟件實現了將Modbus-RTU協議與Modbus-TCP、IEC104協議的轉換。該模塊成功應用于光伏并網逆變器中，雙網口設計在組網時采用菊花鏈方式，可節省了布線成本50%以上，同時還具有性能穩定、獨立性強、維護方便等優點。

引言

　　隨著工業4.0時代的到來，工業設備的智能化和網絡化成為發展趨勢，而大量已有設備多采用低速和非智能的RS485總線，人們對工業網絡的信息獲取要求越來越高，要實現統一、高效和安全的設備管理，就對總線速度提出來高需求，設備IP化和網絡化也是必然趨勢。

　　針對新建設備網絡和舊設備網絡化改造兩方面問題，本文提出的雙網口轉換模塊，既可對新設備進行網絡化設計，又能對舊設備進行網絡化改造。具有低成本、高可靠等優點。

1 硬件設計

1.1 模塊原理

　　如圖1所示，模塊包含兩個子模塊，交換子模塊和轉換子模塊。

　　交換子模塊的主要器件為KSZ8873^[1]，包含了兩個對外的RJ45接口(標準網口)和一個對內的RMII接口，其中對外RJ45網口由KSZ8873的兩組標準差分總線經網絡變壓器轉換生成，RMII接口由KSZ8873的標準RMII總線[2]轉換而來。交換子模塊有兩個主要功能，一是實現兩個對外網口間的數據交換，該過程完全由KSZ8873芯片自動完成，不需要軟件參與;二是完成兩個對外網口與對內RMII接口間的數據交換，該過程需要與轉換子模塊配合進行。

　　轉換子模塊主要器件有PIC32MX695F512H^[4]、MAX485和MAX232芯片，對內的RMII接口由PIC32MX695F512H的RMII接口生成，與交換子模塊進行數據通信，對外的RS485和RS232接口由PIC32MX695F512H的兩路獨立UART接口經MAX485和MAX232芯片轉換而來，可以與另一個系統進行數據交互。

1.2 雙網口電路

　　KSZ8873RLLI的電源包括數字電源+3.3V和+1.8V，以及模擬電源+3.3A和+1.8A。使用外部25MHZ有源晶振。復位信號由PIC32單片機控制。芯片工作溫度范圍-40℃~85℃。

　　KSZ8873的配置方式有軟件和硬件兩種。軟件配置使用SPI或I2C總線進行，通過對KSZ8873內部寄存器進行讀寫操作，完成工作模式配置。硬件配置采用芯片上電時讀取器件管腳電平來完成，在電路設計時需要根據工作模式預先對管腳進行上下拉操作。

　　表1給出了網口1、網口2和RMII總線在KSZ8873芯片的管腳分布。網口1和網口2為對外網口。RMII接口與PIC32單片機的RMII接口連接。

1.3 單片機以及外圍電路

　　單片機PIC32MX695F512H主要使用資源包括UART1、UART2和RMII接口。其中UART1和UART2分別經過MAX232和MAX485芯片轉換成RS232和RS485接口。RMII接口與KSZ8873的RMII接口連接。該部分電路成熟度高，在此不作贅述。