ARM7 S3C4510实现ADSL/Cable共享路由器

　　ADSL/Cable路由器的应用和普及随着宽频上网的普及和价格的下降，越来越多的中小企业和家庭使用ADSL或Cable Modem来上网。 在此情况下，为使企业或家中多台电脑组成的小型局域网接入互联网，使用ADSL/Cable路由器是最佳选择。ADSL/Cable路由器可支持多达二百多个用户，可配置为DHCP服务器，且可作为您的局域网上唯一能被外部识别的互联网网关；您还可以通过配置限制内部用户访问互联网，路由器内建的防火墙还可以抵御黑客的入侵。

　　ADSL/Cable路由器的安装和使用非常简单。以ADSL路由器为例，当您申请了ADSL上网后，ISP会为您安装好ADSL Modem，您只需要将ADSL Modem的以太网接口连接至ADSL路由器的WAN（广域网）接口，再将ADSL路由器的LAN（局域网）接口连接到集线器或交换机或直接接电脑即可。下面是ADSL路由器连接示意图：

　　既然ADSL/Cable路由器功能强大，使用方便，它的内部构造如何，又是怎样工作的呢？下面以台湾产EA-2204型ADSL/Cable路由器为例，给大家详细介绍，希望大家通过本文，能理解ADSL/Cable路由器的基本知识。

　　一、EA2204路由器的主要性能特点

　　EA-2204型ADSL/Cable路由器的主要功能特点如下：

　　★ 可连接ADSL/Cable Modem或以太主干网

　　★ 内建4个10/100M交换机端口

　　只用一个IP地址就能把您的全部电脑连接到国际互联网

　　★ 可通过内部局域网上任何一部电脑用浏览器（IE）进行配置

　　★ 建立防火墙防止黑客入侵

　　★ 可同时作为DHCP服务器和用户端

　　★ 管理人员可控制特定内部用户访问互联网

　　二、外观及接口

　　上图为EA-2204的前面板，通过面板指示灯，您可以了解路由器目前的连线状态，下面的表格所示为各指示灯名称及状态说明：

　　指示灯 说明

　　POWER 电源指示

　　WAN Link 表示广域网接口正确连接

　　RxD 显示广域网接口正在接收

　　TxD 显示广域网接口正在发送

　　Serial Data 闪烁代表ASYNC接口正在发送或接收

　　DCD ASYNC接口接56K Modem或ISDN TA时，该灯亮

　　1 Link 表示局域网接口正确连接，该灯闪烁时表示正在接收或发送

　　2 ACT

　　3 100 表示10/100Mbps传输模式

　　4 10

　　LAN FDX 表示全双工模式

　　灯号 COL

　　下图所示为EA-2204的背板：

　　标识 说明

　　LAN 10/100 1、2、3、4 连接到10/100BaseT以太网注：1号接口为Uplink

　　Uplink/Normal 转换开关。如要直接连接电脑，需将控制开关拨至Normal位置，连接集线器或交换机，需将开关拨到Uplink位置。

　　Reset 复位键。注意：当按下该开关3秒种后，路由器中您设定的资料将被删除。

　　Serial 连接56K Modem或ISDN TA

　　WAN 连接ADSL Modem或Cable Modem

　　5VDC 5V DC/2.0A电源插孔，连接市电电源适配器

　　三、内部结构及电路分析

　　要想认识ADSL/Cable路由器，我们先来查看路由器内部结构全貌，再详细了解各块电路的工作原理。EA-2204的内部构造十分简单，只有一块线路板，外观及主要部件名称如上图所示。下面对其分别详尽解释，以便您能更好地了解。

　　1、EA-2204电路框图

　　从电路框图看，外置的AC/DC电源适配器将市电变换成直流，再经过DC稳压滤波给整个电路提供5V和3.3V DC稳定工作电源。时钟电路为CPU、RAM和各种控制芯片提供7.372M、20M、25M、50M的工作时钟信号。EA-2204核心是一颗ARM7处理器，通过系统总线连接FLASH和SDRAM，路由器上电后，CPU从FLASH中读取程序和配置数据进行初始化，SDRAM为程序运行和数据处理提供临时存储空间。CPU复位电路在系统上电或电源异常又恢复时使CPU自动复位，用户在必要时可通过按后面板上的复位开关来使CPU复位。CPU控制广域以太网控制芯片，通过一个RJ-45接口或RS232接口，连接国际互联网来处理数据。一个4端口交换控制器，通过四个RJ-45连接局域网集线器、交换机或连接电脑，直接进行数据交换或通过CPU控制与广域网连接进行数据处理。

　　下面对各部分详细介绍。

　　2、电源电路

　　EA-2204路由器采用外置电源适配器连接市电供电。该电源适配器内部采用开关电源，具有AC电压适应范围宽、重量轻、输出电压稳定、效率高等特点。它适用于世界各地区，可以在市电电压95V到240V范围正常工作，提供5V直流稳定输出。

　　5V直流经路由器背板电源插座输入，经过电感滤波，分两路给整个电路供电。一路直接供给工作电压为5V的电路，另一路通过集成电路PJ1084进行电压变换，得到部分电路工作所需要的3.3V电压。

　　PJ1084是一种低压差的线性电压调整集成电路。其主要参数如下：

　　电压输入：最大12V

　　输出电流：最大5A

　　输出电压：通过外部电路可调，固定2.5V或3.3V

　　输入输出电压差：最大1.3V

　　稳压精度：1％

　　该稳压集成电路有TO-220和TO-263两种封装，TO-220在功耗较大时可加装散热片，TO-263是贴片型封装，因EA2204的电路功耗较小（实测工作电流仅500mA），所以使用的是TO-263封装，直接贴装在PCB上即可。

　　3、复位电路

　　CPU复位电路分为2部分，一是在系统上电或电源异常又恢复时使CPU自动复位；另一部分是在软件运行异常出现系统死机的情况下，用户可通过按后面板上的复位开关来使CPU复位。

　　复位信号是由一个十分简单的RC电路、按钮开关来产生。当系统上电或人为按下复位开关，会产生一个低电平脉冲，该脉冲经过数字门电路整形后使CPU复位，进行初始化。

　　HC132是一CMOS逻辑门电路，工作电压2－6V，其输入/输出的逻辑关系如下图表所示：

　　在路由器电路中，利用门电路的输入高电平有电压最小值、输入低电平有电压最大值的特点和门电路的整形作用，与周边二极管和电容、电阻组成上电脉冲产生电路，产生系统复位脉冲信号。

　　4 、 时钟信号

　　EA-2204电路中，共用了4个晶体振荡器，分别提供各部分IC工作所需的时钟信号。

　　50M―CPU电路S3C4510B01主时钟 25M―交换控制器RTL8305S时钟

　　20M―以太网控制器RTL8019AS时钟

　　7.372M―异步串口通信芯片TG16C550CJ时钟

　　5 、 CPU

　　EA-2204路由器的核心是一颗韩国三星电子生产的S3C4510B―16/32位RISC（精简指令集计算机）微控制器。该微控制器专为以太网通信系统的集线器和路由器而设计，具有低成本和高性能的特点。

　　S3C4510B中内置了ARM公司设计的16/32位ARM7TDMI处理器，其内部框图如下：

　　由图可见，S3C4510B提供了8K字节的Cache（高速缓存）和以太控制器，内置2通道的HDLC（高级数据链路控制），2个UART（通用异步收发）通道，内置32位定时器和18个通用可编程I/O端口。S3C4510B内部采用32位系统总线，有I2C接口，还集成了中断控制器、DRAM/SDRAM控制器、ROM/SRAM和闪存控制器。以上功能特点均集成在此单芯片中，作为路由器的核心，可大大减少系统成本。

　　软件方面，S3C4510B因内置ARM7TDMI核，可以执行32位的ARM指令，也可执行16位的THUMB指令。

　　S3C4510B采用3.3V电压供电，208脚的QFP封装，操作频率最高达50MHz。EA-2204中采用50MHz外部频率，因S3C4510B内部有锁相环电路可将外部振荡频率提升5倍作为内部系统时钟，所以内部最高频率实际上已达250MHz！

　　6 、 FLASH闪存

　　S3C4510B使用8/16/32位的外部总线，可支持ROM、SRAM、闪存、DRAM。EA-2204路由器使用EON公司的闪存EN29-F040-70J存储数据。该芯片在PCB上使用插座安装，而不是直接焊接到PCB上，是方便生产过程中将程序数据先写入芯片，再将芯片装入插座中。该芯片需重写数据或出现问题，更换起来也容易。

　　7 、 SDRAM

　　S3C4510B支持EDO内存和普通的SDRAM。EA-2204中使用了2颗ESMT公司的M12L16161C―――512K字节、16位、2Banks同步SDRAM。该SDRAM采用3.3V供电，自动自主刷新，刷新周期为32毫秒，接口为LVTTL电平，采用CMOS工艺制程，50 TSOP封装。细心观察可见该2颗SDRAM上有“－6T”字样，表示其最高工作频率可达166MHz。

　　8 、 以太网控制器

　　以太广域网控制电路通过系统总线连接微控制器，通过RJ45和双绞线连接广域网（WAN），该部分电路还提供RS-232串口连接广域网，电路的核心是以太网控制芯片RTL8019AS和异步通信控制芯片TG16C550CJ。

　　RTL8019AS中集成了16K字节的SRAM和全双工以太网控制电路，兼容Ethernet II和IEEE802.3、10BASE-T等协议，支持全双工和即插即用功能。还有一个重要特点是通过连接EEPROM可在线编程，在工厂生产PCBA组装时，先将空白内容的EEPROM装到PCB上，在出厂前将工厂设置数据写入其中，方便了生产。

　　EA-2204路由器中使用台湾HOTEK公司的串行EEPROM芯片HT93LC46，其容量为1K，可重复写10万次以上，通过芯片时钟、数据出入/输出共3根线即可控制其读写，用微控制器操作非常方便。

　　EPM3032ALC44-10是一种电可编程的逻辑电路，内含32单元、600门、34个I/O口。通过PCB上预留的插头接口，在工厂生产过程中，对该芯片进行编程，使之实现特定的逻辑功能（代替很多通用门电路，节省空间且具有保密作用，如在不同通信状态下驱动LED显示等）。

　　EA－2204路由器还提供了RS-232接口，以方便在ADSL断线时连接56K Modem或ISDN TA上广域网。RS232串口的通信主要通过异步通信芯片TG16C550CJ和232接口芯片HIN208CB来完成。

　　TG16C550CJ工作于交替模式（先进先出），将接收的CPU数据进行并行－串行转换后通过232电平转换发送至串口MODEM；或将从串口接收的数据进行串行－并行转换，发送给CPU进行处理。其内置一个可编程的波特率发生器，根据外接晶体振荡频率（EA2204中使用的是7.372M）进行分频得到所需的各种串行通信速率。

　　HIN208CN的作用是RS232接口电平转换。因TG16C550CJ异步通信芯片工作电压为5V，为了提供RS232接口，必须将信号进行电平转换到12V左右。HIN208CN内含电压变换电路，通过外接4个0.1微法的电容，可将电压由单5V变换到双10V，满足RS232串口通信的要求。

　　9 、 交换控制器

　　EA-2204 路由器提供有4个LAN端口，可连接到10/100BaseT以太网，各端口之间有交换功能。交换控制芯片采用台湾瑞昱公司最新设计的5端口10/100Mbps高速以太网络交换器RTL8305S。该芯片集成了5个MAC（媒体存取控制器）、5个实体层收发器、1M位的SRAM和1K个MAC地址记忆区，适合局域网的交换器、广域网的路由器的应用。

　　RTL8305S的每一个端口均可支持100Mbps的100BASE-TX高速以太网传输或10Mbps的10BASE-T的以太网传输。在EA-2204路由器电路中，其第5端口设定为一个MII（独立媒体接口）来衔接微控制器S3C4510B中的以太网控制器。RTL8305S提供自动协商电路，自动设定是100Mbps或10Mbps、全双工或半双工工作和是否进行流量控制。

　　RTL8305S的一个重要特点是提供了连接（LINK）、激活、冲突、全双工、10Mbps或100Mbps的指示灯功能。通过LED显示，使用者很容易判断网络的连接状态。RTL8305S集成度高，耗电小，采用128脚的PQFP封装，如上图所示。

　　下图为RTL8305S连接局域网的示意图，图中所示为一个LAN端口，EA-2204共4个LAN端口。左边为RTL8305S，中间为隔离变压器，右边为RJ45插座，通过双绞线连接到局域网。

　　10 、 10/100BASE-T 4端口磁性组件和10BASE-T滤波器

　　如图所示，在4个交换端口与交换控制芯片之间，需要接入10/100BASE-T专用隔离变压器，其型号为LANKom公司的SQ-H44R，该模块中共有4通道（8路，每通道2路，一路接收，一路发送，每通道对应一个RJ-45端口）。

　　每路的作用有两个：一是将路由器和局域网间的直流连接隔离，绝缘电压可达1500V（有效值）；另一个是传输信号，传输比为1：1。此外，每一路内部均接有互感器以消除共模信号，防止干扰造成信号错误。

　　LF-161C为一通道（2路）10BASE-T滤波器，用于连接ADSL调制解调器至广域网的端口。除将路由器和Cable/ADSL调制解调器间的直流连接和传输信号之外，每一路内部均接有互感器和多级LC滤波电路以消除干扰，防止信号错误。

　　11 、 LED显示

　　EA-2204路由器设有多个LED指示灯，用来指示电路工作状态。如上图所示，其LED采用贴片元件，SMT工艺可大大提高生产效率。同时，为了使整机装配完成后面板上能看到LED发光状态，采用了灵巧的设计，用透明塑料作成类似光纤传导体，将光透到机壳外。

　　12 、 RJ－45接口及双绞线

　　EA-2204路由器的以太网10/100BASE-T接口均使用RJ45连接器。如下图所示为母端插座，其接线共有8根，编号1－8。

　　RJ45电缆端接头为公插头，下图所示为实物图。

　　标号 名称 颜色 描述

　　1 TX+ 白底橙纹 发送数据正

　　2 TX- 橙色 发送数据负

　　3 RX+ 白底绿纹 接收数据正

　　4 N/C 蓝色 未连接

　　5 N/C 白底蓝纹 未连接

　　6 RX- 绿色 接收数据负

　　7 N/C 白底棕纹 未连接

　　8 N/C 棕色 未连接

　　以上为电缆端8根接线的用途，在HUB端，TX和RX需调换过来