KSZ8463ML/RL评估板用户指南：功能、配置与使用详解

在工业应用的以太网连接中，实时时钟同步是一个关键需求。KSZ8463ML/RL评估板为测试和探索KSZ8463ML和KSZ8463RL这两款支持IEEE 1588精密时间协议（PTP）的交换机产品提供了一个理想平台。下面，我们就来详细了解一下这款评估板的各项特性、配置方法以及使用要点。

文件下载：KSZ8463MLI-EVAL.pdf

一、评估板概述

KSZ8463ML、KSZ8463FML、KSZ8463RL和KSZ8463FRL设备是高度集成的2端口10BASE - T / 100BASE - TX/FX管理型以太网交换机，在端口3上通过MII和RMII接口与主机连接。它们非常适合那些需要通过以太网进行实时时钟同步的工业应用场景。KSZ8463ML/RL包含了10/100BASE - T/TX/FX交换机系统的所有功能，如交换引擎、帧缓冲区管理、地址查找表、队列管理、MIB计数器、媒体访问控制器（MAC）和PHY收发器接口等，并且完全符合IEEE 1588（版本2）精密时间协议和IEEE 802.3标准（10BASE - T和100BASE - TX/FX）。

二、评估板特性

2.1 硬件集成与接口

• 集成交换机：采用Micrel的KSZ8463ML或KSZ8463RL集成3端口10/100管理型以太网交换机，与KSZ8463FML和KSZ8463FRL设备完全兼容。
• 以太网接口：具备两个带有RJ - 45插孔和隔离磁体的以太网LAN接口（端口1和2），支持Auto MDI/MDI - X，可自动检测和纠正直连和交叉电缆。
• MII/RMII接口：端口3有MII连接器，可工作在PHY模式；也可配置MII / RMII连接器，工作在MAC模式（可选）。
• 光纤接口：提供两个100BASE - FX光纤接口的配置选项。
• 保护功能：具备线路侧和芯片侧过压保护功能（可选）。

2.2 电源与时钟

• 电源调节：板载3.3V和1.8V/2.5V稳压器，可配置VDDIO为3.3V、2.5V或1.8V工作。
• 时钟源：板载25 MHz晶体，还可配置板载50 MHz振荡器用于RMII（可选）。

2.3 其他特性

• USB访问：可通过USB访问SPI或MIIM（MDIO/MDC）接口。
• LED指示：提供RJ - 45端口的链路状态和活动LED指示灯。
• 配置选项：通过跳线进行设备上电配置、GPIO引脚、I/O电压选择和串口连接。
• 操作要求：工作需要5V直流电压，配备复位开关和各种测试点。

三、评估板套件内容

• 评估板：KSZ8463ML/RL评估板。
• 文档资料：KSZ8463ML/RL评估板用户指南（本文件，可在评估套件和Micrel网站获取）、KSZ8463ML/RL评估板原理图（可在评估套件和Micrel网站获取）。

四、硬件描述与配置

4.1 配置方式

KSZ8463有两种配置方法：

• Strap - in配置：在设备上电（和硬件复位）时，通过对某些引脚的电压电平进行自动采样，来配置设备的各种功能。这可以通过板载跳线选项实现，使KSZ8463以所需模式上电。即使没有设置外部跳线，内部上拉和下拉电阻也会将KSZ8463ML/RL设置为默认配置。
• 串行接口：KSZ8463ML/RL具有SPI或MIIM（MDIO/MDC）串行接口。通常使用SPI接口，因为它可以对所有KSZ8463寄存器进行读写访问，而MIIM接口只能访问KSZ8463中的基本PHY寄存器。对于交换机的管理操作和利用IEEE 1588 PTP等高级功能，需要完整的寄存器访问权限。SPI接口通过6针接头J5提供访问，也可通过板载USB端口接口访问。

4.2 配置选项详解

4.2.1 Strap - in配置

通过设置配置跳线来确定KSZ8463的基本操作模式。例如，JP301用于选择MII端口的PHY/MAC模式，JP302用于选择高速/低速SPI，JP303和JP304用于选择串行总线模式，JP305用于选择输入时钟。需要注意的是，某些模式选择仅适用于特定型号的设备，如“50MHz from REFCLK_I”模式仅适用于KSZ8463RL和KSZ8463FRL，KSZ8463ML和KSZ8463FML必须使用“25MHz from X1/X2”模式。

4.2.2 USB接口（SPI从机或MDIO）

使用运行在PC上的Micrel实用软件，可通过评估板上的USB端口访问设备的完整寄存器集。需要从Micrel网站下载并安装基于Windows的MicrelSwitchPhyTools软件，其中包含MicrelSwitchConfigApp.exe和MicrelMDIOConfigApp.exe两个应用程序及相关DLL文件。使用USB - SPI接口时，需要安装特定的跳线，如J14（引脚1 - 2或2 - 3）、JP34、JP35和JP79（所有四对），且不要安装JP32或JP33。

4.3 电源供应

评估板需要一个5V直流电源，可通过桶形电源插孔（J11）或USB端口提供，电流需求为200mA。在配置为光纤操作时，每个光纤模块大约会额外消耗250mA电流。早期板的J11插孔引脚直径为2.5mm，较新的板为2.1mm，推荐使用2.5mm插头，因为它通常与两种插孔尺寸兼容。通过跳线JP400选择5V电源来源，板上有3.3V稳压器为KSZ8463和其他组件供电，还有单独的板载电压稳压器为KSZ8463的I/O接口（VDD_IO）提供可选的2.5V和1.8V电源，通过JP404和JP406进行VDD_IO选择。

4.4 端口3配置

4.4.1 MII端口配置（KSZ8463ML, KSZ8463FML）

MII接口符合IEEE 802.3标准的第22条规定，为PHY层和MAC层设备提供通用接口。KSZ8463ML/FML的MII接口连接到设备的第三个MAC（端口3），包含传输和接收两组不同的信号。在PHY模式和MAC模式下，信号的方向有所不同，并且KSZ8463ML/FML在某些模式下不提供特定的错误信号，需要将相关引脚接地。

4.4.2 RMII端口配置（KSZ8463RL和KSZ8463FRL）

RMII是一种低引脚数的MII接口，支持10Mbps或100Mbps的数据速率，使用单个50 MHz时钟参考进行数据收发，提供独立的2位宽传输和接收数据路径。RMII接口使用连接器J4连接到外部RMII PHY设备，如KSZ8081RNA、KSZ8081RNB或KSZ8081RND评估板。通过跳线JP28可以启用或禁用KSZ8463RL/FRL的REFCLK_O引脚生成50MHz参考时钟。

4.5 GPIO引脚

KSZ8463最多有12个通用输入输出（GPIO）引脚，在评估板的连接器J15和J16上可用。KSZ8463RL有全部12个GPIO引脚可用，而KSZ8463ML有3个GPIO引脚与端口1/2的LED活动信号共享，默认情况下LED信号启用，因此有9个GPIO引脚可用。如果需要更多GPIO引脚，可以通过编程IOMXSEL寄存器（0x0D6）进行选择。GPIO信号位于连接器J15和J16的奇数引脚，偶数引脚为接地连接。

4.6 10/100以太网PHY端口

评估板上有两个10/100以太网PHY端口，可通过标准RJ - 45连接器使用CAT - 5（或更好）的UTP电缆连接到以太网流量发生器或分析仪。两个端口都支持Auto MDI/MDI - X，无需使用交叉电缆。还可以安装可选的过压保护设备来保护KSZ8463。

4.7 100BASE - FX光纤端口选项

评估板上有两个100BASE - FX PHY端口，但未安装必要的组件。这些端口可以通过光纤收发器和光纤电缆连接到以太网流量发生器或分析仪。在100BASE - FX操作中，光纤信号检测输入FXSD1和FXSD2通常连接到光纤收发器的SD（信号检测）输出引脚。所有KSZ8463设备上电时处于铜缆模式，通过清除GFCR寄存器（0x0D8 – 0x0D9）中的相应位来选择光纤模式。

4.8 LED指示灯

评估板为每个PHY端口提供两个LED指示灯（PxLED1, PxLED0），这些指示灯可编程为四种不同状态，通过SGCR7寄存器（0x00E - 0x00F）的位[9:8]进行选择。此外，评估板还有一个3.3V电源的电源LED（D3）。需要注意的是，端口1和2的活动LED指示灯由VDD_IO供电，当选择2.5V或1.8V时，由于LED两端电压不足，指示灯可能会变暗或不亮。

4.9 跳线和连接器列表

评估板上的跳线和连接器用于各种功能的配置，如FXSD引脚连接、USB IO电压选择、芯片电源管理、端口模式选择等。详细的跳线和连接器设置可参考文档中的列表。

4.10 板布局

评估板的布局如图所示，与KSZ9692PB SOC板（KSZ9692 - MII - PTP - EV）一起使用时，可为IEEE1588 PTP功能提供完整的评估平台。在这种设置中，KSZ8463评估板的端口3配置为PHY模式，并通过MII端口连接到SOC板，SOC板还通过SPI端口访问KSZ8463，并使用中断线实现PTP软件功能。

五、使用评估板

评估套件旨在为设计人员提供一个平台，用于研究和评估KSZ8463设备的功能，但它并非用于整个产品设计的完整开发系统。在使用过程中，我们可以根据实际需求进行各种配置和测试，以充分了解KSZ8463的性能和特点。你在使用这款评估板时，遇到过哪些有趣的问题或挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。

六、参考文档

• KSZ8463ML/RL数据手册（联系Micrel获取最新数据手册）
• KSZ8463ML/RL评估板原理图（联系Micrel获取最新原理图）
• KSZ8463ML/RL评估板Gerber文件
• IEEE802.3规范
• RMII联盟的RMII规范
• KSZ8463ML评估套件用户指南

七、修订历史

文档记录了从初始版本到当前版本的修订历史，包括版本号、日期和更改摘要，方便用户了解文档的更新情况。