原標題：基于MSP430F149和CS8900芯片實現光纖旁路保護器設計方案

基于MSP430F149單片機和CS8900以太網控制芯片的光纖旁路保護器設計方案

一、引言

光纖旁路保護器是一種用于網絡故障時的應急保護設備，能夠在光纖鏈路發生故障時自動將數據流切換到備用路徑，以保證網絡的正常運行。本文將介紹一種基于MSP430F149單片機和CS8900以太網控制芯片的光纖旁路保護器設計方案，詳細說明主控芯片的選擇及其在設計中的作用。

二、系統總體設計

光纖旁路保護器主要由以下幾部分組成：

1. 主控單元：MSP430F149單片機

2. 以太網控制單元：CS8900芯片

3. 光纖收發單元：光纖收發模塊

4. 電源管理單元：提供系統所需的穩定電源

5. 接口單元：用于連接外部設備和通信

2.1 主控單元

主控單元選用MSP430F149單片機，其具有以下優點：

• 低功耗：MSP430系列單片機以其超低功耗著稱，非常適合長時間運行的設備。

• 豐富的外設接口：包括多個UART、SPI、I2C等接口，方便與其他模塊通信。

• 高性能：16位RISC架構，工作頻率高達16MHz，能夠滿足系統的實時處理需求。

2.2 以太網控制單元

以太網控制單元選用CS8900芯片，其特點如下：

• 高集成度：CS8900集成了以太網的物理層和MAC層，減少了外圍電路的復雜度。

• 簡便的接口：提供8位和16位數據總線接口，方便與單片機連接。

• 低功耗：在以太網控制芯片中功耗較低，適合與MSP430F149配合使用。

2.3 光纖收發單元

光纖收發單元選用標準的光纖收發模塊，如SFP模塊。它負責光電信號的轉換，實現光纖信號的收發功能。

三、硬件設計

3.1 電源管理單元

系統采用5V供電，通過穩壓模塊分別提供3.3V和1.8V電壓給MSP430F149和CS8900芯片。電源管理單元還包括必要的濾波電路，保證供電的穩定性。

3.2 MSP430F149單片機接口設計

MSP430F149通過其SPI接口與CS8900以太網控制芯片通信。SPI接口具有高速數據傳輸能力，能夠滿足系統的實時性要求。其引腳連接如下：

• MSP430F149的P3.0（SIMO）接CS8900的SDI

• MSP430F149的P3.1（SOMI）接CS8900的SDO

• MSP430F149的P3.2（UCLK）接CS8900的SCK

• MSP430F149的P3.3（STE）接CS8900的CS

3.3 CS8900以太網控制芯片接口設計

CS8900的RESET引腳接單片機的一個GPIO口，用于復位控制。CS8900的IRQ引腳接單片機的一個中斷引腳，用于中斷通知。以太網物理接口通過RJ45連接器與CS8900連接。

3.4 光纖收發模塊接口設計

光纖收發模塊通過標準的SFP插槽與主板連接，其電信號引腳與CS8900的PHY接口相連，用于實現數據的光電轉換。

四、軟件設計

4.1 系統初始化

系統上電后，首先進行初始化，包括時鐘設置、I/O端口配置、SPI接口初始化、CS8900初始化等。初始化代碼如下：

void system_init(void) {    // 時鐘設置
    BCSCTL1 = CALBC1_16MHZ;
    DCOCTL = CALDCO_16MHZ;    // I/O端口配置
    P3SEL |= BIT0 + BIT1 + BIT2; // SPI功能引腳
    P3DIR |= BIT3; // STE引腳設置為輸出

    // SPI接口初始化
    UCA0CTL1 |= UCSWRST; // 復位USCI
    UCA0CTL0 |= UCCKPL + UCMSB + UCMST + UCSYNC; // SPI主模式，3線制
    UCA0CTL1 |= UCSSEL_2; // 選擇SMCLK
    UCA0BR0 = 0x02; // 1MHz SPI時鐘
    UCA0BR1 = 0;
    UCA0CTL1 &= ~UCSWRST; // 釋放USCI復位

    // CS8900初始化
    cs8900_init();
}void cs8900_init(void) {    // 復位CS8900
    P3OUT &= ~BIT3; // 低電平復位
    __delay_cycles(16000000); // 延時100ms
    P3OUT |= BIT3; // 復位完成

    // 配置CS8900寄存器
    cs8900_write_register(PP_ChipID, CHIPID);
    cs8900_write_register(PP_LineCTL, AUTO_AUI | AUTO_10BT);
}

4.2 數據傳輸

通過SPI接口實現MSP430F149與CS8900之間的數據傳輸。數據發送與接收函數如下：

void spi_send(uint8_t data) {
    while (!(IFG2 & UCA0TXIFG)); // 等待發送緩沖區空閑
    UCA0TXBUF = data; // 發送數據
}

uint8_t spi_receive(void) {
    while (!(IFG2 & UCA0RXIFG)); // 等待接收完成
    return UCA0RXBUF; // 返回接收到的數據
}

4.3 中斷處理

當CS8900有數據需要處理時，會觸發中斷通知MSP430F149。中斷服務程序如下：

#pragma vector=PORT2_VECTOR
__interrupt void Port_2(void) {
    if (P2IFG & BIT0) { // 檢測到CS8900中斷
        uint8_t status = cs8900_read_register(PP_Status);
        if (status & RX_OK) {
            process_received_data();
        }
        P2IFG &= ~BIT0; // 清除中斷標志
    }
}

4.4 數據處理

接收到的數據需要進行處理，然后決定是否進行旁路切換。數據處理函數如下：

void process_received_data(void) {
    uint8_t data[ETH_FRAME_SIZE];
    cs8900_receive_packet(data, sizeof(data));
    
    // 數據處理邏輯
    if (data_is_valid(data)) {
        forward_data(data);
    } else {
        switch_to_bypass();
    }
}

bool data_is_valid(uint8_t* data) {
    // 驗證數據有效性的邏輯
    return true; // 示例
}

void forward_data(uint8_t* data) {
    // 將數據轉發到目的地
}

void switch_to_bypass(void) {
    // 切換到旁路路徑
}

五、結論

本文介紹了一種基于MSP430F149單片機和CS8900以太網控制芯片的光纖旁路保護器設計方案。通過合理的硬件和軟件設計，實現了光纖網絡的可靠保護。MSP430F149單片機的低功耗和高性能特點，以及CS8900以太網控制芯片的高集成度和簡便接口，使得系統具有良好的穩定性和實時性。

這種設計方案不僅適用于光纖旁路保護器，還可以擴展應用于其他網絡應急保護設備，具有較高的實用價值和推廣前景。