基于KSZ8873的双网口协议转换模块设计

摘要：本文基于Micrel公司推出的3端口10/100M交换芯片KSZ8873，充分利用其价格低廉、配置方便、应用多样等特点，结合PIC32系列单片机，提出并设计出一种RS485/RS232接口转双网口的模块，并且软件实现了将Modbus-RTU协议与Modbus-TCP、IEC104协议的转换。该模块成功应用于光伏并网逆变器中，双网口设计在组网时采用菊花链方式，可节省了布线成本50%以上，同时还具有性能稳定、独立性强、维护方便等优点。

引言

　　随着工业4.0时代的到来，工业设备的智能化和网络化成为发展趋势，而大量已有设备多采用低速和非智能的RS485总线，人们对工业网络的信息获取要求越来越高，要实现统一、高效和安全的设备管理，就对总线速度提出来高需求，设备IP化和网络化也是必然趋势。

　　针对新建设备网络和旧设备网络化改造两方面问题，本文提出的双网口转换模块，既可对新设备进行网络化设计，又能对旧设备进行网络化改造。具有低成本、高可靠等优点。

1 硬件设计

1.1 模块原理

　　如图1所示，模块包含两个子模块，交换子模块和转换子模块。

　　交换子模块的主要器件为KSZ8873^[1]，包含了两个对外的RJ45接口(标准网口)和一个对内的RMII接口，其中对外RJ45网口由KSZ8873的两组标准差分总线经网络变压器转换生成，RMII接口由KSZ8873的标准RMII总线[2]转换而来。交换子模块有两个主要功能，一是实现两个对外网口间的数据交换，该过程完全由KSZ8873芯片自动完成，不需要软件参与;二是完成两个对外网口与对内RMII接口间的数据交换，该过程需要与转换子模块配合进行。

　　转换子模块主要器件有PIC32MX695F512H^[4]、MAX485和MAX232芯片，对内的RMII接口由PIC32MX695F512H的RMII接口生成，与交换子模块进行数据通信，对外的RS485和RS232接口由PIC32MX695F512H的两路独立UART接口经MAX485和MAX232芯片转换而来，可以与另一个系统进行数据交互。

1.2 双网口电路

　　KSZ8873RLLI的电源包括数字电源+3.3V和+1.8V，以及模拟电源+3.3A和+1.8A。使用外部25MHZ有源晶振。复位信号由PIC32单片机控制。芯片工作温度范围-40℃~85℃。

　　KSZ8873的配置方式有软件和硬件两种。软件配置使用SPI或I2C总线进行，通过对KSZ8873内部寄存器进行读写操作，完成工作模式配置。硬件配置采用芯片上电时读取器件管脚电平来完成，在电路设计时需要根据工作模式预先对管脚进行上下拉操作。

　　表1给出了网口1、网口2和RMII总线在KSZ8873芯片的管脚分布。网口1和网口2为对外网口。RMII接口与PIC32单片机的RMII接口连接。

1.3 单片机以及外围电路

　　单片机PIC32MX695F512H主要使用资源包括UART1、UART2和RMII接口。其中UART1和UART2分别经过MAX232和MAX485芯片转换成RS232和RS485接口。RMII接口与KSZ8873的RMII接口连接。该部分电路成熟度高，在此不作赘述。