基于USB接口的網(wǎng)絡(luò)切換器系統(tǒng)設(shè)計

摘要：通過采用PDIUSBD12和AT89S52微處理器等器件設(shè)計網(wǎng)絡(luò)切換系統(tǒng)。闡述了系統(tǒng)的總體設(shè)計思想及其層次結(jié)構(gòu)，并給出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。該系統(tǒng)采用USB總線接口形成網(wǎng)絡(luò)切換系統(tǒng)，為工作人員能夠同時安全的使用內(nèi)部局域網(wǎng)與Internet網(wǎng)提供新的思路。
關(guān)鍵詞：USB；AT89S52微處理器；網(wǎng)絡(luò)切換

    隨著網(wǎng)上申報、網(wǎng)上審批乃至網(wǎng)上辦公等電子政務(wù)建設(shè)的不斷深入，與Internet之間的聯(lián)系更加密切，但由于Internet的國際性、開放性和自由性，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)也因此面臨更加嚴(yán)重的安全威脅，對Internet的依賴與網(wǎng)絡(luò)安全之間的矛盾日益尖銳。保證工作人員對內(nèi)部局域網(wǎng)(“內(nèi)網(wǎng)”)和Internet (“外網(wǎng)”)的同時使用是當(dāng)前我們必須解決的問題。在符合國家有關(guān)保密和安全規(guī)定的前提下，針對不同的網(wǎng)絡(luò)布線系統(tǒng)采取不同的網(wǎng)絡(luò)安全解決方案，從而使工作人員能夠同時安全的使用。

1 網(wǎng)絡(luò)切換的問題及特點
    本文設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)切換器是一種網(wǎng)絡(luò)隔離切換設(shè)備，最多用于四個網(wǎng)絡(luò)之間的切換，可以放置在辦公桌上或電腦桌上使用。既保持了手動按鍵切換的功能又可以采用切換軟件進(jìn)行切換。它有四個RJ45網(wǎng)絡(luò)接口同時與四個不同的網(wǎng)絡(luò)連接，四個薄膜輕觸按鍵，用于手動網(wǎng)絡(luò)切換，用戶可以在不安裝驅(qū)動程序和切換軟件的情況下通過按鍵輕松實現(xiàn)四個網(wǎng)絡(luò)之間的切換；切換器設(shè)計了USB接口，可以通過該接口實現(xiàn)和計算機(jī)之間的通信，安裝驅(qū)動程序和切換軟件后用戶可以通過切換軟件對四個網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行任意切換，網(wǎng)絡(luò)切換后相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的IP設(shè)置可以立即生效，免去了用戶再設(shè)IP配置的煩惱。由于采用的是物理上的切換，所以，該切換器的網(wǎng)絡(luò)安全性極高。在任意時刻用戶只能接通一個網(wǎng)絡(luò)，而其它三個網(wǎng)絡(luò)是斷殲的，通過物理切換保持用戶與4個網(wǎng)絡(luò)之間的聯(lián)系。用戶可以安全快速地四個網(wǎng)絡(luò)問任意切換，免去頻繁插拔網(wǎng)線所帶來的設(shè)備損傷。同時，網(wǎng)絡(luò)信號之間無干擾，因為在設(shè)計PCB電路板時著重注意了信號之間的串繞問題。設(shè)備具有較強(qiáng)的抗干擾及環(huán)境適應(yīng)能力。網(wǎng)絡(luò)切換無需重新啟動機(jī)器，操作簡單快捷。

2 USB協(xié)議介紹
    USB(Universal Serial Bus，通用串行總線)是一種標(biāo)準(zhǔn)的連接接口，在把外圍設(shè)備與計算機(jī)連接時，允許不必重新配置規(guī)劃系統(tǒng)，也不必打開機(jī)殼，另外調(diào)整接口卡的指撥開關(guān)。而連接上計算機(jī)時，計算機(jī)會自動識別這些接口設(shè)備，并且配置適當(dāng)?shù)尿?qū)動程序，無需用戶再另外重新配置。通過USB接口，實現(xiàn)了熱插拔的特性，用戶即可迅速方便地連接PC主機(jī)的各種接口設(shè)備。另外，在連接PC機(jī)時，對所有USB接口設(shè)備，提供了一種“全球通用”的標(biāo)準(zhǔn)連接器(A型與B型)。這些連接取代了所有的各種傳統(tǒng)外圍端口，如串行端口、并行端口以及游戲接口等。此外，USB接口還允許將多達(dá)127個外圍設(shè)備同時串接到PC的一個外部的USB接口上。這樣，就不必像傳統(tǒng)的串口或并口那樣，一個端口僅能接一個外圍設(shè)備閉。

3 系統(tǒng)設(shè)計
    本淪文中的網(wǎng)絡(luò)切換器是在考察國內(nèi)外多種型號網(wǎng)絡(luò)切換器的基礎(chǔ)上，順應(yīng)網(wǎng)絡(luò)切換器新的發(fā)展方向，并結(jié)合國內(nèi)實際需求而開發(fā)的。其工作原理是不同的網(wǎng)絡(luò)(包括不同的ISP服務(wù)商提供的網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)部局域網(wǎng))通過與網(wǎng)絡(luò)切換器連接，再接入計算機(jī)，實現(xiàn)物理隔離。它通過手動按鍵控制AT89S52單片機(jī)產(chǎn)生的控制信號、控制繼電器組實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)線路之問的物理切換，也可以通過計算機(jī)內(nèi)安裝的切換軟件通過USB總線下發(fā)切換指令，單片機(jī)接收到從USB總線上傳來的數(shù)據(jù)后解析應(yīng)用層的控制協(xié)議，根據(jù)控制指令控制繼電器組，實現(xiàn)多條網(wǎng)絡(luò)線路之間物理硬件切換。這種通過計算機(jī)軟件實現(xiàn)線路切換的速度很快，一般情況下在1 s內(nèi)即可完成切換。網(wǎng)絡(luò)切換器硬件結(jié)構(gòu)框圖如下圖1所示。

4 USB接口電路設(shè)計
4．1 PDIUSBD12芯片簡介
   PDIUSBD12是一款性價比很高的USB器件。通常用于基于微控制器的系統(tǒng)，并通過高速通用并行接口與微控制器進(jìn)行通信，并且支持本地的DMA傳輸。該器件采用模塊化的方法實現(xiàn)一個USB接口，允許在眾多可用的微控制器中選擇最合適的作為系統(tǒng)微控制器，允許現(xiàn)存的體系結(jié)構(gòu)并使固件投資減到最小。這種靈活性減少了開發(fā)時間、風(fēng)險和成本，是開發(fā)低成本且高效的USB外圍設(shè)備解決方案的一種最快途徑。PDIU SBD12完全符合USBI．1規(guī)范，也能適應(yīng)大多數(shù)設(shè)備類規(guī)范的設(shè)計：如成像類、大容量存儲類、通信類、打印類和人工輸入設(shè)備等。因此，PDI USBD12非常適合做很多外圍設(shè)備，如打印機(jī)、掃描儀、外部大容量存儲器和數(shù)據(jù)碼相機(jī)等?，F(xiàn)在用SCSI實現(xiàn)的很多設(shè)備如果用USB來實現(xiàn)可以直接降低成本。
    PDIUSBD12所具有的低掛起功耗連同LazyClock輸出，可以滿足使用ACPI、OnNOW和USB電源管理的要求，其低的操作功耗可以應(yīng)用于使用總線供電的外設(shè)。此外，PDIUSBD12還集成了許多特性，包括SoftConnetTM、GoodLinkTM、可編程時鐘輸出、低頻晶振和終止寄存器集合。所有這些特性都為系統(tǒng)節(jié)約了大量的成本，同時使USB功能在外設(shè)上的應(yīng)用變得容易。
4．2 PDIUSBD12接口芯片與單片機(jī)AT89S52的連接
    PDIUSBD12與單片機(jī)AT89S52的連接如圖2所示。AT89S52的8位數(shù)據(jù)通過并行方式發(fā)送到PDIUSBD12的8位數(shù)據(jù)線上，P2．3連接到CS_N，作為片選信號，中斷請求信號由INT_N送出到INT1／P3．3引腳，由單片機(jī)AT89S52響應(yīng)中斷請求。其它引腳按照一般設(shè)置。

5 結(jié)束語
    隨著網(wǎng)上申報、網(wǎng)上審批乃至網(wǎng)上辦公等電子政務(wù)建設(shè)的不斷深入，以USB接口形成的網(wǎng)絡(luò)切換裝置為工作提供極大的方便，同時USB接口憑借其成本低，使用方便，支持即插即用，易于擴(kuò)展，傳輸速率高等優(yōu)點，勢必進(jìn)一步推動該裝置在內(nèi)部局域網(wǎng)與Internet網(wǎng)切換裝置應(yīng)用的發(fā)展。