ADSL结构.docx
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ADSL结构
全面瞭解ADSL/Cable共享路由器
作者：
林和安
發表於《數字世界》2002年第2期
前言：
ADSL/Cable路由器的應用和普及隨著寬頻上網的普及和價格的下降，越來越多的中小企業和家庭使用ADSL或CableModem來上網。
在此情況下，為使企業或家中多台電腦組成的小型局域網接入互聯網，使用ADSL/Cable路由器是最佳選擇。
ADSL/Cable路由器可支持多達二百多個用戶，可配置為DHCP服務器，且可作為您的局域網上唯一能被外部識別的互聯網網關；您還可以通過配置限制內部用戶訪問互聯網，路由器內建的防火牆還可以抵禦黑客的入侵。
ADSL/Cable路由器的安裝和使用非常簡單。
以ADSL路由器為例，當您申請了ADSL上網後，ISP會為您安裝好ADSLModem，您只需要將ADSLModem的以太網接口連接至ADSL路由器的WAN（廣域網）接口，再將ADSL路由器的LAN（局域網）接口連接到集線器或交換機或直接接電腦即可。
下面是ADSL路由器連接示意圖：
既然ADSL/Cable路由器功能強大，使用方便，它的內部構造如何，又是怎樣工作的呢？
下面以台灣產EA-2204型ADSL/Cable路由器為例，給大家詳細介紹，希望大家通過本文，能理解ADSL/Cable路由器的基本知識。
一、EA2204路由器的主要性能特點
EA-2204型ADSL/Cable路由器的主要功能特點如下：
★可連接ADSL/CableModem或以太主幹網
★內建4個10/100M交換機端口
只用一個IP地址就能把您的全部電腦連接到國際互聯網
★可通過內部局域網上任何一部電腦用瀏覽器（IE）進行配置
★建立防火牆防止黑客入侵
★可同時作為DHCP服務器和用戶端
★管理人員可控制特定內部用戶訪問互聯網
二、外觀及接口
上圖為EA-2204的前面板，通過面板指示燈，您可以瞭解路由器目前的連線狀態，下面的表格所示為各指示燈名稱及狀態說明：
指示燈
說明
POWER
電源指示
WAN
Link
表示廣域網接口正確連接
RxD
顯示廣域網接口正在接收
TxD
顯示廣域網接口正在發送
Serial
Data
閃爍代表ASYNC接口正在發送或接收
DCD
ASYNC接口接56KModem或ISDNTA時，該燈亮
1
Link
表示局域網接口正確連接，該燈閃爍時表示正在接收或發送
2
ACT
3
100
表示10/100Mbps傳輸模式
4
10
LAN
FDX
表示全雙工模式
燈號
COL
下圖所示為EA-2204的背板：
標識
說明
LAN10/100 1、2、3、4
連接到10/100BaseT以太網註：
1號接口為Uplink
Uplink/Normal
轉換開關。
如要直接連接電腦，需將控制開關撥至Normal位置，連接集線器或交換機，需將開關撥到Uplink位置。
Reset
復位鍵。
注意：
當按下該開關3秒種後，路由器中您設定的資料將被刪除。
Serial
連接56KModem或ISDNTA
WAN
連接ADSLModem或CableModem
5VDC
5VDC/2.0A電源插孔，連接市電電源適配器
三、內部結構及電路分析
要想認識ADSL/Cable路由器，我們先來查看路由器內部結構全貌，再詳細瞭解各塊電路的工作原理。
EA-2204的內部構造十分簡單，只有一塊線路板，外觀及主要部件名稱如上圖所示。
下面對其分別詳盡解釋，以便您能更好地瞭解。
1、EA-2204電路框圖
從電路框圖看，外置的AC/DC電源適配器將市電變換成直流，再經過DC穩壓濾波給整個電路提供5V和3.3VDC穩定工作電源。
時鐘電路為CPU、RAM和各種控制芯片提供7.372M、20M、25M、50M的工作時鐘信號。
EA-2204核心是一顆ARM7處理器，通過系統總線連接FLASH和SDRAM，路由器上電後，CPU從FLASH中讀取程序和配置數據進行初始化，SDRAM為程序運行和數據處理提供臨時存儲空間。
CPU復位電路在系統上電或電源異常又恢復時使CPU自動復位，用戶在必要時可通過按後面板上的復位開關來使CPU復位。
CPU控制廣域以太網控制芯片，通過一個RJ-45接口或RS232接口，連接國際互聯網來處理數據。
一個4端口交換控制器，通過四個RJ-45連接局域網集線器、交換機或連接電腦，直接進行數據交換或通過CPU控制與廣域網連接進行數據處理。
下面對各部分詳細介紹。
2、電源電路
EA-2204路由器採用外置電源適配器連接市電供電。
該電源適配器內部採用開關電源，具有AC電壓適應範圍寬、重量輕、輸出電壓穩定、效率高等特點。
它適用於世界各地區，可以在市電電壓95V到240V範圍正常工作，提供5V直流穩定輸出。
5V直流經路由器背板電源插座輸入，經過電感濾波，分兩路給整個電路供電。
一路直接供給工作電壓為5V的電路，另一路通過集成電路PJ1084進行電壓變換，得到部分電路工作所需要的3.3V電壓。
PJ1084是一種低壓差的線性電壓調整集成電路。
其主要參數如下：
電壓輸入：
最大12V
輸出電流：
最大5A
輸出電壓：
通過外部電路可調，固定2.5V或3.3V
輸入輸出電壓差：
最大1.3V
穩壓精度：
1％
該穩壓集成電路有TO-220和TO-263兩種封裝，TO-220在功耗較大時可加裝散熱片，TO-263是貼片型封裝，因EA2204的電路功耗較小（實測工作電流僅500mA），所以使用的是TO-263封裝，直接貼裝在PCB上即可。
3、復位電路
CPU復位電路分為2部分，一是在系統上電或電源異常又恢復時使CPU自動復位；另一部分是在軟件運行異常出現系統死機的情況下，用戶可通過按後面板上的復位開關來使CPU復位。
復位信號是由一個十分簡單的RC電路、按鈕開關來產生。
當系統上電或人為按下復位開關，會產生一個低電平脈衝，該脈衝經過數字門電路整形後使CPU復位，進行初始化。
HC132是一CMOS邏輯門電路，工作電壓2－6V，其輸入/輸出的邏輯關係如下圖表所示：
在路由器電路中，利用門電路的輸入高電平有電壓最小值、輸入低電平有電壓最大值的特點和門電路的整形作用，與周邊二極管和電容、電阻組成上電脈衝產生電路，產生系統復位脈衝信號。
4、時鐘信號
EA-2204電路中，共用了4個晶體振蕩器，分別提供各部分IC工作所需的時鐘信號。
50M¯CPU電路S3C4510B01主時鐘25M¯交換控制器RTL8305S時鐘
20M¯以太網控制器RTL8019AS時鐘
7.372M¯異步串口通信芯片TG16C550CJ時鐘
5、CPU
EA-2204路由器的核心是一顆韓國三星電子生產的S3C4510B¯16/32位RISC（精簡指令集計算機）微控制器。
該微控制器專為以太網通信系統的集線器和路由器而設計，具有低成本和高性能的特點。
S3C4510B中內置了ARM公司設計的16/32位ARM7TDMI處理器，其內部框圖如下：
由圖可見，S3C4510B提供了8K字節的Cache（高速緩存）和以太控制器，內置2通道的HDLC（高級數據鍊路控制），2個UART（通用異步收發）通道，內置32位定時器和18個通用可編程I/O端口。
S3C4510B內部採用32位系統總線，有I2C接口，還集成了中斷控制器、DRAM/SDRAM控制器、ROM/SRAM和閃存控制器。
以上功能特點均集成在此單芯片中，作為路由器的核心，可大大減少系統成本。
軟件方面，S3C4510B因內置ARM7TDMI核，可以執行32位的ARM指令，也可執行16位的THUMB指令。
S3C4510B採用3.3V電壓供電，208腳的QFP封裝，操作頻率最高達50MHz。
EA-2204中採用50MHz外部頻率，因S3C4510B內部有鎖相環電路可將外部振蕩頻率提升5倍作為內部系統時鐘，所以內部最高頻率實際上已達250MHz！
6、FLASH閃存
S3C4510B使用8/16/32位的外部總線，可支持ROM、SRAM、閃存、DRAM。
EA-2204路由器使用EON公司的閃存EN29-F040-70J存儲數據。
該芯片在PCB上使用插座安裝，而不是直接焊接到PCB上，是方便生產過程中將程序數據先寫入芯片，再將芯片裝入插座中。
該芯片需重寫數據或出現問題，更換起來也容易。
7、SDRAM
S3C4510B支持EDO內存和普通的SDRAM。
EA-2204中使用了2顆ESMT公司的M12L16161C¯¯¯512K字節、16位、2Banks同步SDRAM。
該SDRAM採用3.3V供電，自動自主刷新，刷新週期為32毫秒，接口為LVTTL電平，採用CMOS工藝製程，50TSOP封裝。
細心觀察可見該2顆SDRAM上有「－6T」字樣，表示其最高工作頻率可達166MHz。
8、以太網控制器
以太廣域網控制電路通過系統總線連接微控制器，通過RJ45和雙絞線連接廣域網（WAN），該部分電路還提供RS-232串口連接廣域網，電路的核心是以太網控制芯片RTL8019AS和異步通信控制芯片TG16C550CJ。
RTL8019AS中集成了16K字節的SRAM和全雙工以太網控制電路，兼容EthernetII和IEEE802.3、10BASE-T等協議，支持全雙工和即插即用功能。
還有一個重要特點是通過連接EEPROM可在線編程，在工廠生產PCBA組裝時，先將空白內容的EEPROM裝到PCB上，在出廠前將工廠設置數據寫入其中，方便了生產。
EA-2204路由器中使用台灣HOTEK公司的串行EEPROM芯片HT93LC46，其容量為1K，可重複寫10萬次以上，通過芯片時鐘、數據出入/輸出共3根線即可控制其讀寫，用微控制器操作非常方便。
EPM3032ALC44-10是一種電可編程的邏輯電路，內含32單元、600門、34個I/O口。
通過PCB上預留的插頭接口，在工廠生產過程中，對該芯片進行編程，使之實現特定的邏輯功能（代替很多通用門電路，節省空間且具有保密作用，如在不同通信狀態下驅動LED顯示等）。
EA－2204路由器還提供了RS-232接口，以方便在ADSL斷線時連接56KModem或ISDNTA上廣域網。
RS232串口的通信主要通過異步通信芯片TG16C550CJ和232接口芯片HIN208CB來完成。
TG16C550CJ工作於交替模式（先進先出），將接收的CPU數據進行並行－串行轉換後通過232電平轉換發送至串口MODEM；或將從串口接收的數據進行串行－並行轉換，發送給CPU進行處理。
其內置一個可編程的波特率發生器，根據外接晶體振蕩頻率（EA2204中使用的是7.372M）進行分頻得到所需的各種串行通信速率。
HIN208CN的作用是RS232接口電平轉換。
因TG16C550CJ異步通信芯片工作電壓為5V，為了提供RS232接口，必須將信號進行電平轉換到12V左右。
HIN208CN內含電壓變換電路，通過外接4個0.1微法的電容，可將電壓由單5V變換到雙10V，滿足RS232串口通信的要求。
9、交換控制器
EA-2204路由器提供有4個LAN端口，可連接到10/100BaseT以太網，各端口之間有交換功能。
交換控制芯片採用台灣瑞昱公司最新設計的5端口10/100Mbps高速以太網絡交換器RTL8305S。
該芯片集成了5個MAC（媒體存取控制器）、5個實體層收發器、1M位的SRAM和1K個MAC地址記憶區，適合局域網的交換器、廣域網的路由器的應用。
RTL8305S的每一個端口均可支持100Mbps的100BASE-TX高速以太網傳輸或10Mbps的10BASE-T的以太網傳輸。
在EA-2204路由器電路中，其第5端口設定為一個MII（獨立媒體接口）來銜接微控制器S3C4510B中的以太網控制器。
RTL8305S提供自動協商電路，自動設定是100Mbps或10Mbps、全雙工或半雙工工作和是否進行流量控制。
RTL8305S的一個重要特點是提供了連接（LINK）、激活、衝突、全雙工、10Mbps或100Mbps的指示燈功能。
通過LED顯示，使用者很容易判斷網絡的連接狀態。
RTL8305S集成度高，耗電小，採用128腳的PQFP封裝，如上圖所示。
下圖為RTL8305S連接局域網的示意圖，圖中所示為一個LAN端口，EA-2204共4個LAN端口。
左邊為RTL8305S，中間為隔離變壓器，右邊為RJ45插座，通過雙絞線連接到局域網。
10、10/100BASE-T4端口磁性組件和10BASE-T濾波器
如圖所示，在4個交換端口與交換控制芯片之間，需要接入10/100BASE-T專用隔離變壓器，其型號為LANKom公司的SQ-H44R，該模塊中共有4通道（8路，每通道2路，一路接收，一路發送，每通道對應一個RJ-45端口）。
每路的作用有兩個：
一是將路由器和局域網間的直流連接隔離，絕緣電壓可達1500V（有效值）；另一個是傳輸信號，傳輸比為1：
1。
此外，每一路內部均接有互感器以消除共模信號，防止干擾造成信號錯誤。
LF-161C為一通道（2路）10BASE-T濾波器，用於連接ADSL調製解調器至廣域網的端口。
除將路由器和Cable/ADSL調製解調器間的直流連接和傳輸信號之外，每一路內部均接有互感器和多級LC濾波電路以消除干擾，防止信號錯誤。
11、LED顯示
EA-2204路由器設有多個LED指示燈，用來指示電路工作狀態。
如上圖所示，其LED採用貼片元件，SMT工藝可大大提高生產效率。
同時，為了使整機裝配完成後面板上能看到LED發光狀態，採用了靈巧的設計，用透明塑料作成類似光纖傳導體，將光透到機殼外。
12、RJ－45接口及雙絞線
EA-2204路由器的以太網10/100BASE-T接口均使用RJ45連接器。
如下圖所示為母端插
座，其接線共有8根，編號1－8。
RJ45電纜端接頭為公插頭，下圖所示為實物圖。
標號
名稱
顏色
描述
1
TX+
白底橙紋
發送數據正
2
TX-
橙 色
發送數據負
3
RX+
白底綠紋
接收數據正
4
N/C
藍 色
未連接
5
N/C
白底藍紋
未連接
6
RX-
綠 色
接收數據負
7
N/C
白底棕紋
未連接
8
N/C
棕 色
未連接
上表格中為電纜端8根接線的用途，在HUB端，TX和RX需調換過來。
四、安裝使用簡介
1、環境需求
²10/100Base-T線路連接EA2204區域（LAN）連接端口至局域網絡。
²具有ADSL或CABLE調製解調器，並連接至EA2204廣域（WAN）連接埠。
²56K調製解調器、ISDNTA。
（備援用）
²瀏覽器須為MicrosoftI.E4.0或NetscapeNavigator4.0版本以上。
²支持Windows、Linux、NetWare等操作系統，具TCP/IP通訊協議之網絡。
2、硬件安裝
當您申請ADSL/CABLE時，ISP都會附上ADSL/CABLE調製解調器與一條經過跳線的網絡線。
以下為EA－2204安裝過程說明：
²將ADSL/CABLE調製解調器的以太網絡連接端口（使用跳線的網絡線），連接至EA－2204的WAN端口。
²查看WAN連接端口的LINK燈是否亮，ASYNC則為連接56K/ISDNTA調製解調器（備援用）。
²再將EA2204的LAN連接端口，連接至各計算機或連接交換機、集線器。
（查看LAN連接端口的LINK燈是否亮）
²聯機安裝完畢。
3、軟件安裝
EA－2204的軟件安裝非常之簡單，為瀏覽器接口設定，不論您是Windows95/98/NT/2000、Linux、Novell、Mac……等，只要開啟瀏覽器（MicrosoftI.E4.0或NetscapeNavigator4.0版本以上），輸入網址http:
//192.168.2.1。
EA－2204內建DPCH服務器，默認值是激活的，所以請先關閉您局域網絡內既有的DHCP服務器。
http:
//192.168.2.1為EA2204預設的局域網絡IP地址，所以您必須確認局域網絡內IP範圍為192.168.2.X，或者將局域網絡內計算機設為自動取得IP。
EA2204軟件主要設定內容如下：
按照軟件安裝嚮導（SETUPWIZARD）的指示操作，EA2204的軟件非常容易安裝和使用，在此不詳細介紹。
有興趣讀者可到中瞭解EA2204的軟件設置的詳細信息，並可下載其說明書。
4.常見問題及故障檢修
1.）檢查ADSL調製解調器WAN之LINK燈號是否亮，ADSL電話線是否中斷。
2.）檢查ADSL調製解調器LAN之LINK燈號是否亮，ADSL至EA2204是否正常聯機。
3.）檢查EA2204電源有無連接好市電。
4.）檢查EA2204WAN之LINK燈號是否亮，ADSL至EA2204是否正常聯機。
5.）檢查EA2000LAN之LINK燈號是否亮，EA2204至局域網絡是否正常聯機。
以下步驟，請於MS-DOS模式/命令提示字符下操作。
6.）ping127.0.0.1，檢查網絡卡是否正常運作。
7.）ping局域網絡內計算機IP地址，檢查網絡卡是否接收DHCP服務器IP地址。
8.）pingEA2204局域網絡IP，局域網絡的網關是否正常。
9.）pingEA2204廣域網絡IP，廣域網絡的IP是否響應。
10.）pingADSL/CABLE/ISDN/56K調製解調器，廣域網絡的網關是否正常運作。
11.）pingISPDNS服務器（168.95.1.1），表示可連上網際網絡。
12.）pingISPDomainName，表示ISPDNS服務器正常。
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