【正文】 USB TO Gigabit LAN網(wǎng)卡的設計與制作常州機電職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）作 者： 谷麗蘭 學 號： 40831408 作 者： 顧笑笑 學 號： 40831410 系 部： 電氣工程系 專 業(yè)： 應用電子技術 題 目： USB TO Gigabit LAN 網(wǎng)卡的設計與制作 指導者：朱老師評閱者： 年 月 81畢業(yè)設計（論文）摘要隨著網(wǎng)絡技術飛速發(fā)展，多媒體的應用越來越多，人們對網(wǎng)絡的要求也越來越高，為了適應市場的需求，網(wǎng)卡出現(xiàn)了。它以其結構簡單、成本低廉、兼容性強等諸多的優(yōu)越性得到了廣泛的應用。由于網(wǎng)絡的應用越來越廣泛，網(wǎng)卡的應用也越來越多、功能越來越強大。開始時由于技術方面的限制，網(wǎng)卡只有10Mbps的吞吐量，由于網(wǎng)絡技術的發(fā)展，100Mbps吞吐量的網(wǎng)卡開始在市場上得到廣泛的應用。而現(xiàn)在1000Mbps吞吐量的網(wǎng)卡的出現(xiàn)又給網(wǎng)絡的傳輸帶來了新的活力。論文中主要闡述了基于以太網(wǎng)的USB TO Gigabit LAN網(wǎng)卡的設計與制作。論文首先對以太網(wǎng)進行了介紹，緊接著講了網(wǎng)卡的基本知識。隨后又對USB TO Gigabit LAN網(wǎng)卡的電路設計和制作進行了詳細的描述。論文還包括了USB TO Gigabit LAN網(wǎng)卡的調(diào)試等內(nèi)容。關鍵詞：以太網(wǎng) 網(wǎng)卡 USB AX88178 RTL8211CL目錄1 緒論 1 以太網(wǎng)基礎知識 12 網(wǎng)卡知識 4 網(wǎng)卡概述 4 網(wǎng)卡的分類 4 網(wǎng)卡的組成 8 網(wǎng)卡的特點及功能 11 網(wǎng)卡的特點 11 網(wǎng)卡的功能 11 1000M以太網(wǎng)接口電路設計規(guī)范 113 USB TO Gigabit LAN 網(wǎng)卡的總體設計 15 USB TO Gigabit LAN網(wǎng)卡的功能描述及特點 15 USB TO Gigabit LAN網(wǎng)卡的功能描述 15 USB TO Gigabit LAN網(wǎng)卡的特點 15 USB TO Gigabit LAN網(wǎng)卡的硬件組成 15 驅(qū)動程序的總體結構 16 文件模塊描述列表 16 程序總體結構 164 USB TO Gigabit LAN 網(wǎng)卡的電路設計 17 USB TO Gigabit LAN 網(wǎng)卡的總體結構 17 USB TO Gigabit LAN 網(wǎng)卡的電路設計 18 USB 接口電路設計 18 電源電路設計 19 AX88178電路設計 20 RTL8211CL電路設計 26 RJ45接口電路設計 285 USB TO Gigabit LAN網(wǎng)卡的程序設計 305．1 網(wǎng)卡程序基礎 30 NDIS網(wǎng)絡驅(qū)動程序接口規(guī)范體系結構 30 網(wǎng)卡的軟件組成 31 網(wǎng)卡驅(qū)動程序的實現(xiàn) 31 USB TO Gigabit LAN網(wǎng)卡程序說明 32 USB TO Gigabit LAN網(wǎng)卡程序結構 32 網(wǎng)卡的主要函數(shù)功能描述 326 USB TO Gigabit LAN 網(wǎng)卡的PCB設計 57 印制電路板簡介 57 印制電路板的概念 57 PCB板的分類 57 PCB設計知識 59 PCB設計簡介 59 PCB設計基本知識 60 USB TO Gigabit LAN 網(wǎng)卡的PCB注意事項 627 USB TO Gigabit LAN網(wǎng)卡的測試 67結論 77致謝 78參考文獻 791 緒論由于USB TO Gigabit LAN網(wǎng)卡是應用于以太網(wǎng)中的網(wǎng)卡，因此我們就先對以太網(wǎng)進行簡單的認識。 以太網(wǎng)基礎知識1. 以太網(wǎng)定義以太網(wǎng)是一種局域網(wǎng)技術，它是由Xerox公司創(chuàng)建并由Xerox ，Intel和DEC公司聯(lián)合開發(fā)的基帶局域網(wǎng)規(guī)范，并于80年代初首次出版。 這三家公司將此規(guī)范提交給IEEE(電子電氣工程師協(xié)會)802委員會，經(jīng)過IEEE成員的修改并通過，變成了IEEE的正式標準。(ISO)第一聯(lián)合技術委員會(JTC1),。2. 以太網(wǎng)的術語以太網(wǎng)遵循一組控制其基本操作的簡單規(guī)則。為了更好地理解這些規(guī)則，了解基本的以太網(wǎng)術語十分重要。 介質(zhì)——以太網(wǎng)設備連接到一個公共介質(zhì)上，該介質(zhì)為電氣信號的傳輸提供了一條路徑。以前多以使用同軸電纜作為傳輸介質(zhì)，但是目前雙絞線和光纖更為多見。 網(wǎng)段——我們將單個共享介質(zhì)稱作一個以太網(wǎng)段。 節(jié)點——連接到網(wǎng)段的設備稱作站點或節(jié)點。 幀——節(jié)點的使用稱作幀的簡短消息的通信，幀是信息塊且它的大小不固定。幀類似于人類語言中的句子。在中文里，我們構造句子時會有一些規(guī)則，例如每個句子必須包含主語和謂語。以太網(wǎng)協(xié)議也規(guī)定了用于構造幀的一組規(guī)則。幀的最大和最小長度有明確規(guī)定，而且?guī)斜仨毎唤M必需的信息段。例如，每個幀必須包括目標地址和源地址，它們分別指出了消息的接收方和發(fā)送方。通過地址可標識唯一的節(jié)點，就像通過姓名可找出某個人一樣。任何兩個以太網(wǎng)設備都不應具有相同的地址。3. 以太網(wǎng)的PHY和MAC以太網(wǎng)PHY和MAC對應OSI模型的兩個層——物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。PHY是物理介面收發(fā)器，實現(xiàn)物理層，是OSI的最底層。它一般指與外部信號接口的芯片。MAC就是媒體接入控制器。它實現(xiàn)一個數(shù)據(jù)鏈路層。最新的MAC同時支持10/100/1000Mbps速率。通常情況下，它實現(xiàn)MII/GMII/RGMII接口，使其能兼容同行業(yè)標準PHY器件接口。4. 以太網(wǎng)介質(zhì)由于以太網(wǎng)介質(zhì)上的信號能夠到達所有連接的節(jié)點，因此目標地址對識別幀的目標接收方來說至關重要。 圖11 以太網(wǎng)介質(zhì)在上圖中，如果計算機B向打印機C發(fā)送數(shù)據(jù)，計算機A和D也可以接收和查看幀。但是，在站點收到幀后，它會首先檢查幀的目標地址，看看該幀是否為發(fā)送給自己的，如果不是，站點會丟棄該幀，而不會查看其內(nèi)容。5. 以太網(wǎng)中的CSMA/CD 的意義“CSMA/CD”的意思是帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問，它描述了以太網(wǎng)協(xié)議控制節(jié)點間通信的方法。這個詞看起來有些復雜，如果我們將它分解成幾個小概念便會發(fā)現(xiàn)它描述的規(guī)則十分類似于人們進行彬彬有禮的談話時所使用的規(guī)則。為了有助于描述以太網(wǎng)的操作，我們使用飯桌上的對話作為類比。我們將以太網(wǎng)段表示為飯桌，讓幾個代表節(jié)點的人坐在飯桌旁邊很有禮貌地進行談話。多路訪問這個術語涵蓋了我們上面討論的內(nèi)容：在以太網(wǎng)站點傳輸數(shù)據(jù)時，介質(zhì)上所有的站點都會聽到該傳輸行為，就像飯桌上一個人在講話時，所有人都能夠聽到他（她）的講話一樣?，F(xiàn)在，假設你也坐在桌旁而且有話想說。但是，當時我正在講話。由于這是一次很有禮貌的談話，因此你不應立即開口講話并打斷我，而是等到我講完后再開口。剛才描述的情況在以太網(wǎng)協(xié)議中稱為載波偵聽。在站點開始傳輸數(shù)據(jù)之前，它會偵聽介質(zhì)來確定其他站點是否正在進行傳輸。如果介質(zhì)上很安靜，站點便認為現(xiàn)在是一個適合傳輸數(shù)據(jù)的時間。6. 沖突檢測載波偵聽多路訪問為控制會話提供了一個好的起點，但是仍然有一個難題需要解決。讓我們回到用來類比的飯桌談話上。如果談話中有片刻寂靜的情況，此時你和我都有一些話想說，我們都在發(fā)生片刻寂靜時偵聽到了載波，因此我們幾乎同時講話。用以太網(wǎng)術語來說，我們同時講話時會發(fā)生沖突。在談話時，我們可以很好地處理這種情況。在我們講話的同時，都聽到了對方也在講話，因此我們都停止了講話，以便對方能夠繼續(xù)進行。以太網(wǎng)節(jié)點在傳輸數(shù)據(jù)時也會偵聽介質(zhì)，確保它是在該時刻進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈ㄒ徽军c。如果站點聽到它自己傳輸?shù)臄?shù)據(jù)以一種混亂的形式返回（如果其他站點也同時開始傳輸它們自己的消息便會發(fā)生這種情況），那么就知道發(fā)生了沖突。有時，我們將單個以太網(wǎng)段稱作一個沖突區(qū)域，因為網(wǎng)段上的任何兩個站點都無法在不產(chǎn)生沖突的情況下同時傳輸數(shù)據(jù)。如果站點檢測到?jīng)_突，它們會停止傳輸數(shù)據(jù)，等待一個隨機的時間長度，然后在檢測到介質(zhì)歸于平靜之后嘗試再次傳輸數(shù)據(jù)。隨機暫停并重試是協(xié)議的重要組成部分。如果兩個站點在進行傳輸時發(fā)生沖突，那么它們都需要重新進行傳輸。在適于傳輸數(shù)據(jù)的下一個時間，上次發(fā)生沖突的兩個站點都會準備好數(shù)據(jù)以便進行傳輸。如果它們在第一次機會來到時再次傳輸了數(shù)據(jù)，那么很可能無限期地一次又一次發(fā)生沖突。而隨機延遲則可以使任何兩個站點都不會連續(xù)發(fā)生多次沖突。2 網(wǎng)卡知識 網(wǎng)卡概述網(wǎng)卡，又叫網(wǎng)絡適配器，是計算機網(wǎng)絡中最重要的連接設備。網(wǎng)卡安裝在計算機中，它是由多臺計算機通過傳輸介質(zhì)(如雙絞線或光纖)連接并與某個集中設備(如交換機)相連，是目前最為流行的計算機網(wǎng)絡的基本結構。圖21所示為網(wǎng)卡結構圖。圖21 網(wǎng)卡的結構 網(wǎng)卡的分類網(wǎng)卡根據(jù)其分類標準不同，其分類也不同。下面就以幾個標準來對網(wǎng)卡進行分類說明。1. 按網(wǎng)卡的工作方式分類網(wǎng)卡可以工作在兩種模式下：半雙工模式和全雙工模式。 1） 半雙工模式半雙工傳輸模式可以實現(xiàn)以太網(wǎng)載波監(jiān)聽多路訪問沖突檢測。傳統(tǒng)的共享LAN是在半雙工下工作的，在同一時間只能傳輸單一方向的數(shù)據(jù)。當兩個方向的數(shù)據(jù)同時傳輸時，就會產(chǎn)生沖突，會降低以太網(wǎng)的傳輸效率。 2） 全雙工模式全雙工傳輸是采用點對點連接，這種安排沒有沖突，因為它們使用雙絞線是兩個獨立的線路，這等于沒有安裝新的介質(zhì)就提高了帶寬。由于在全雙工模式下，沖突檢測電路不可以用，因此全雙工連接只用一個端口進行點對點連接。2. 按網(wǎng)卡的工作對象分類按網(wǎng)卡的工作對象可分為普通工作站網(wǎng)卡和服務器專用網(wǎng)卡。1） 普通工作站網(wǎng)卡普通工作站網(wǎng)卡是一般計算機上使用的網(wǎng)卡，主要特點是價廉物美，兼容性強等特點。圖22所示為普通PCI網(wǎng)卡。圖22 普通PCI網(wǎng)卡2） 服務器專用網(wǎng)卡服務器專用網(wǎng)卡是為了適應網(wǎng)絡服務器的工作特點而專門設計的，價格較貴，但性能很好。圖23是以太網(wǎng)卡－PRO/1000 XT串口適配器，它從電路設計、布局、用料上都比普通網(wǎng)卡高出不少檔次。 圖23 以太網(wǎng)卡3. 按網(wǎng)卡接口類型分類由于PC技術的發(fā)展，先后出現(xiàn)了許多不同接口類型的網(wǎng)卡，主要有以下幾種：1） ISA網(wǎng)卡工業(yè)標準結構，較原始的計算機上使用的總線結構。8位或16位機器主板上使用，已淘汰。ISA網(wǎng)卡插槽如圖24所示。圖24 ISA網(wǎng)卡插槽2） EISA網(wǎng)卡擴展工業(yè)標準結構，使用32位的總線結構，在386，486主板上可以找到，它也漸漸的淡出了市場。3） PCI網(wǎng)卡即插即用總線結構，現(xiàn)在的主流總線結構方式。它還有專門用于筆記本計算機的PCI網(wǎng)卡。圖25所示為主機板的PCI插槽。圖25 主機板的PCI插槽4） PCIX接口網(wǎng)卡 PCIX是PCI總線的一種擴展架構，它與PCI總線不同的是，PCI總線必須在目標設備和總線之間頻繁的交換數(shù)據(jù)，而PCIX則允許目標設備僅于單個PCIX設備進行交換。同時，如果PCIX設備沒有任何數(shù)據(jù)傳送，總線會自動將PCIX設備移除以減少PCI設備間的等待周期，因此在相同的頻率下，PCIX將能提供比PCI高1435%的性能。目前服務器經(jīng)常采用此類接口的網(wǎng)卡。 5） USB接口網(wǎng)卡目前很難找到?jīng)]有USB接口(Universal Serial Bus，通用串行總線)的電腦。、。，,，可達到5Gbps。圖26所示為USB接口網(wǎng)卡。圖26 USB接口網(wǎng)卡4. 按傳輸介質(zhì)的類型分類根據(jù)傳輸介質(zhì)的類型不同，主要有以下幾種：1） BNC接口(細纜)網(wǎng)卡BNC接口網(wǎng)卡通常用于總線結構的細同軸電纜中。目前BNC這種接口類型的網(wǎng)卡已很少見，主要因為用細同軸電纜作為傳輸介質(zhì)的網(wǎng)絡比較少及組網(wǎng)方式問題較多有關。它的接口是4芯的，通常只接2芯線(ISDN的電話線接4芯線)。2） RJ45接口網(wǎng)卡(雙絞線)RJ45接口網(wǎng)卡(雙絞線)是現(xiàn)在市場上主要的接口方式。采用此接口的網(wǎng)卡速率有10Mbps、100Mbps和1000Mbps。RJ45是8芯線， 10M/100M網(wǎng)卡的RJ45插口用了6四根針，而1000M網(wǎng)卡八根針都是用到的，這也是區(qū)別10M/100M網(wǎng)卡的一種方法。 3） AUI接口(粗電纜)網(wǎng)卡AUI接口(粗纜)網(wǎng)卡通常只有在連接粗同軸電纜(RJ11)網(wǎng)線或是連接收發(fā)器時才會使用。4） 光纖接口網(wǎng)卡正在進入主流的接口方式，但還比較貴。 網(wǎng)卡的組成以最常見的PCI接口的網(wǎng)卡為例，一塊網(wǎng)卡主要由PCB線路板、主芯片、數(shù)據(jù)泵、金手指(總線插槽接口)、BOOTROM、EEPROM、晶振、RJ45接口、指示燈以及一些二極管、電阻電容等組成。下面我們就來分別了解一下其中的主要部件。● 主芯片 網(wǎng)卡的主控制芯片是網(wǎng)卡的核心元件，一塊網(wǎng)卡性能的好壞和功能的強弱多寡，主要就是看這塊芯片的質(zhì)量。以常見的REALTEK公司推出的AX88178C和AX88178D為例，首先二者在封裝上略有不同，前者是128pin LQFP而后者為100pin，其次在搭配的EEPROM上，AX88178C比后者多出了對AT93C56 EEPROM的支持，而AX88178D是93C46。但是在功能方面，AX88178D更強一些，它多提供了對PCI Multifunction和PCIbridge I/F的支持，PCI Multifunction允許把AX88178D芯片和其他的功能芯片(如硬件調(diào)制解調(diào)芯片)設計在同塊PCB板上協(xié)同工作來做成不同種類的多功能卡，其中AX88178D還有辨別LAN信號還是PCI總線信號的作用并且還增強了電源管理功能。 如果按網(wǎng)卡主芯片的速度來劃分，常見的10/100M自適應網(wǎng)卡芯片有REALTEK 8139系列/810X系列、V