SR9900A以太網(wǎng)芯片基礎(chǔ)知識詳解

SR9900A是一款常見的USB轉(zhuǎn)以太網(wǎng)控制器芯片，廣泛應(yīng)用于各種需要通過USB接口實(shí)現(xiàn)有線網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備中。它作為連接主機(jī)系統(tǒng)（如電腦、平板、嵌入式設(shè)備）與以太網(wǎng)（如路由器、交換機(jī)）之間的橋梁，將USB數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)幀，反之亦然。

1. 什么是SR9900A以太網(wǎng)芯片？

SR9900A是由Realtek（瑞昱半導(dǎo)體）等公司生產(chǎn)的一款USB 2.0到10/100M以太網(wǎng)控制器芯片。它的主要功能是提供一個高性能、低功耗的解決方案，使得沒有內(nèi)置以太網(wǎng)端口的設(shè)備能夠通過USB接口連接到有線局域網(wǎng)。

從本質(zhì)上講，SR9900A充當(dāng)了一個網(wǎng)絡(luò)適配器。它內(nèi)部集成了以太網(wǎng)MAC（媒體訪問控制器）和PHY（物理層）功能，能夠處理以太網(wǎng)幀的發(fā)送和接收，并負(fù)責(zé)與主機(jī)USB控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

2. SR9900A的核心功能與特性

SR9900A芯片之所以被廣泛采用，得益于其一系列實(shí)用的功能和特性：

2.1 USB接口支持

• USB 2.0高速兼容性： SR9900A支持USB 2.0規(guī)范，理論上能夠達(dá)到480Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。這對于10/100Mbps的以太網(wǎng)連接來說綽綽有余，能夠確保以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的全速傳輸。

• 向下兼容USB 1.1： 即使連接到USB 1.1端口，SR9900A也能正常工作，但傳輸速度會限制在12Mbps。

• 即插即用（Plug and Play）： 大多數(shù)操作系統(tǒng)都內(nèi)置或可以自動安裝SR9900A的驅(qū)動程序，用戶無需復(fù)雜的設(shè)置即可使用。

• USB總線供電： 通常情況下，SR9900A可以通過USB接口獲取所需電源，無需額外的外部電源供應(yīng)，這大大簡化了設(shè)備設(shè)計(jì)和用戶使用。

2.2 以太網(wǎng)接口支持

• 10/100Mbps以太網(wǎng)： SR9900A支持IEEE 802.3u 100BASE-TX和IEEE 802.3 10BASE-T標(biāo)準(zhǔn)，可以自適應(yīng)地與10Mbps或100Mbps的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)連接。

• 全雙工/半雙工模式： 支持全雙工（同時發(fā)送和接收）和半雙工（交替發(fā)送和接收）操作，以適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和設(shè)備能力。

• MDI/MDI-X自動交叉檢測： 芯片內(nèi)置MDI/MDI-X自動交叉功能，這意味著它能夠自動識別連接的網(wǎng)線類型（直通線或交叉線），并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，無需用戶手動區(qū)分和選擇線纜。這大大簡化了連接過程。

• 流控制（Flow Control）： 支持IEEE 802.3x流控制，當(dāng)接收緩沖區(qū)滿時，可以向發(fā)送端發(fā)送暫停幀，防止數(shù)據(jù)溢出，從而提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/span>

2.3 性能與功耗

• 高性能以太網(wǎng)控制器： 內(nèi)部集成了高效的MAC和PHY，能夠提供穩(wěn)定的以太網(wǎng)連接性能。

• 低功耗設(shè)計(jì)： SR9900A通常采用低功耗設(shè)計(jì)，在不活動時能夠進(jìn)入低功耗模式，有助于延長便攜式設(shè)備的電池續(xù)航時間。

• 喚醒功能： 支持網(wǎng)絡(luò)喚醒（Wake-on-LAN, WOL）功能，允許通過網(wǎng)絡(luò)信號遠(yuǎn)程喚醒處于待機(jī)或休眠狀態(tài)的主機(jī)設(shè)備，這對于遠(yuǎn)程管理和維護(hù)非常有用。

2.4 其他特性

• VLAN支持： 部分SR9900A的驅(qū)動和固件可能支持VLAN（虛擬局域網(wǎng)）功能，允許設(shè)備加入特定的VLAN網(wǎng)絡(luò)。

• IPv4/IPv6校驗(yàn)和卸載： 芯片通常能夠硬件卸載IP、TCP、UDP等協(xié)議的校驗(yàn)和計(jì)算，減輕了主CPU的負(fù)擔(dān)，提高了數(shù)據(jù)處理效率。

• MAC地址： 每個SR9900A芯片通常在生產(chǎn)時會燒錄一個唯一的MAC地址，或者允許主機(jī)通過驅(qū)動程序設(shè)置一個本地管理的MAC地址。

3. SR9900A的工作原理概述

SR9900A的工作原理可以概括為以下幾個步驟：

1. USB數(shù)據(jù)包接收： 當(dāng)主機(jī)（如電腦）需要發(fā)送數(shù)據(jù)到以太網(wǎng)時，它會將數(shù)據(jù)封裝成USB數(shù)據(jù)包并通過USB接口發(fā)送給SR9900A芯片。

2. USB協(xié)議解析與數(shù)據(jù)提取： SR9900A內(nèi)部的USB控制器接收這些USB數(shù)據(jù)包，解析USB協(xié)議，并從中提取出原始的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。

3. 以太網(wǎng)幀封裝： 提取出的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)被送入SR9900A的MAC層。MAC層會根據(jù)以太網(wǎng)協(xié)議（如IEEE 802.3）將這些數(shù)據(jù)封裝成以太網(wǎng)幀，包括添加目的MAC地址、源MAC地址、以太網(wǎng)類型等信息，并計(jì)算幀校驗(yàn)序列（FCS）。

4. 物理層轉(zhuǎn)換與發(fā)送： 封裝好的以太網(wǎng)幀被傳遞給PHY層。PHY層負(fù)責(zé)將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為適合在以太網(wǎng)電纜上傳輸?shù)哪M信號（例如，通過曼徹斯特編碼），并通過RJ45接口發(fā)送出去。

相反地，當(dāng)SR9900A從以太網(wǎng)接收數(shù)據(jù)時，過程則反向：

1. 物理層接收與轉(zhuǎn)換： PHY層從以太網(wǎng)電纜接收模擬信號，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

2. 以太網(wǎng)幀解析： 數(shù)字信號被送入MAC層，MAC層解析以太網(wǎng)幀，檢查目的MAC地址是否匹配，驗(yàn)證FCS，并從幀中提取出網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。

3. USB數(shù)據(jù)包封裝與發(fā)送： 提取出的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)被封裝成USB數(shù)據(jù)包，并通過USB接口發(fā)送回主機(jī)系統(tǒng)。

4. 主機(jī)處理： 主機(jī)系統(tǒng)的USB控制器接收這些USB數(shù)據(jù)包，并將其傳遞給相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序進(jìn)行進(jìn)一步處理。

4. SR9900A的應(yīng)用場景

由于其小巧、易用和經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，SR9900A芯片被廣泛應(yīng)用于各種需要USB轉(zhuǎn)以太網(wǎng)功能的設(shè)備中：

• USB網(wǎng)卡（USB to Ethernet Adapter）： 這是最常見的應(yīng)用，為沒有內(nèi)置以太網(wǎng)端口的筆記本電腦、超極本、平板電腦等提供有線網(wǎng)絡(luò)連接。

• 機(jī)頂盒/智能電視： 許多智能電視或機(jī)頂盒可能只提供Wi-Fi連接，但為了更穩(wěn)定、更高速的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)，會通過SR9900A芯片實(shí)現(xiàn)USB以太網(wǎng)功能。

• 嵌入式系統(tǒng)： 在各種嵌入式設(shè)備、工業(yè)控制板、開發(fā)板等中，當(dāng)需要添加以太網(wǎng)功能時，如果主控芯片沒有集成以太網(wǎng)MAC/PHY，或者為了節(jié)省成本和PCB空間，SR9900A是一個非常方便的解決方案。

• 游戲機(jī)： 一些游戲機(jī)也可能通過USB接口擴(kuò)展以太網(wǎng)功能。

• 智能家居設(shè)備： 部分智能網(wǎng)關(guān)、控制器等可能采用SR9900A來實(shí)現(xiàn)有線網(wǎng)絡(luò)連接。

• 安卓設(shè)備： 許多安卓平板和手機(jī)可以通過OTG（On-The-Go）線連接SR9900A芯片的USB網(wǎng)卡，實(shí)現(xiàn)有線網(wǎng)絡(luò)訪問。

5. 驅(qū)動程序與兼容性

SR9900A芯片的正常工作離不開相應(yīng)的驅(qū)動程序。幸運(yùn)的是，由于其廣泛的應(yīng)用，主流操作系統(tǒng)如Windows、macOS、Linux、Android等通常都內(nèi)置了對SR9900A的驅(qū)動支持，或者可以通過系統(tǒng)更新自動安裝。

• Windows： Windows XP、Vista、7、8、10、11等版本通常能夠自動識別和安裝驅(qū)動。

• macOS： 較新版本的macOS也通常提供內(nèi)置支持。

• Linux： Linux內(nèi)核中通常包含sr9900或類似的驅(qū)動模塊，可以通過modprobe加載。

• Android： 安卓設(shè)備需要USB OTG支持，并且內(nèi)核中需要包含相應(yīng)的驅(qū)動。

對于某些特定或較舊的操作系統(tǒng)版本，可能需要手動下載并安裝廠商提供的驅(qū)動程序。

6. 與其他類似芯片的比較

在USB轉(zhuǎn)以太網(wǎng)芯片市場，除了SR9900A，還有其他常見的型號，如Realtek的RTL8152B/RTL8153（USB 2.0/3.0千兆以太網(wǎng)），AX88772/AX88179（亞信電子，USB 2.0/3.0），或Microchip的LAN9500A/LAN9512（集成USB HUB）。

SR9900A的主要特點(diǎn)是其專注于10/100Mbps以太網(wǎng)，成本較低，功耗適中，并且成熟穩(wěn)定。相比之下，千兆以太網(wǎng)芯片通常價(jià)格更高，功耗也略大，但提供了更高的傳輸速度。選擇哪種芯片取決于具體應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)速度、成本和功耗的需求。SR9900A在許多對速度要求不高但需要穩(wěn)定有線連接的場景中，仍然是一個非常經(jīng)濟(jì)且可靠的選擇。

7. 設(shè)計(jì)與開發(fā)中的注意事項(xiàng)

對于硬件開發(fā)者而言，在基于SR9900A進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時，需要注意以下幾點(diǎn)：

• 電源設(shè)計(jì)： 確保為SR9900A提供穩(wěn)定可靠的電源，尤其是在USB總線供電的場景下，要考慮USB端口的供電能力。

• USB接口布線： USB差分信號（D+/D-）的布線應(yīng)遵循高速信號設(shè)計(jì)規(guī)范，確保信號完整性，減少干擾。

• 以太網(wǎng)接口布線： RJ45連接器的選擇、磁性元件的集成以及以太網(wǎng)差分信號的阻抗匹配都至關(guān)重要，以確保穩(wěn)定的以太網(wǎng)連接和抗干擾能力。

• 晶振選擇： SR9900A需要一個外部晶振提供時鐘，選擇合適的晶振頻率和精度對芯片的正常工作至關(guān)重要。

• ESD保護(hù)： 為了防止靜電放電對芯片造成損壞，USB接口和以太網(wǎng)接口都需要采取適當(dāng)?shù)腅SD（靜電放電）保護(hù)措施。

• 驅(qū)動程序集成： 在嵌入式系統(tǒng)中，可能需要將SR9900A的Linux或其他操作系統(tǒng)的驅(qū)動程序編譯進(jìn)內(nèi)核或作為模塊加載。

8. 總結(jié)

SR9900A是一款成熟、穩(wěn)定且經(jīng)濟(jì)高效的USB 2.0轉(zhuǎn)10/100Mbps以太網(wǎng)控制器芯片。它為各類設(shè)備提供了便捷的有線網(wǎng)絡(luò)連接方案，廣泛應(yīng)用于USB網(wǎng)卡、機(jī)頂盒、嵌入式系統(tǒng)等領(lǐng)域。其即插即用、低功耗、MDI/MDI-X自動交叉等特性，使得其在眾多應(yīng)用中表現(xiàn)出色。雖然在千兆以太網(wǎng)普及的今天，10/100Mbps的速度可能顯得不那么突出，但在許多對成本、功耗和基本網(wǎng)絡(luò)連接穩(wěn)定性有較高要求的場景中，SR9900A依然是不可替代的選擇。理解其核心功能、工作原理和應(yīng)用場景，有助于更好地利用這款芯片來滿足不同的設(shè)計(jì)需求。