9.7 KiB
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硬件方案
STM32F4 系列配上CH395芯片方案优点：
- 无需理解 TCP/IP 协议细节，只需配置寄存器、调用简单的收发函数
- 协议栈由芯片厂商固化，无需调试底层
SPI 口/FSMC 口通信
对于符合 GB/T 35732-2025 的标准 DTU，CH395 的 SPI 接口性能完全过剩，FSMC 并口带来的速率提升对 DTU 业务没有任何实际价值，反而会增加硬件复杂度、PCB 布线难度和开发成本。 标准 DTU 的所有业务数据量，峰值也不会超过 1Mbps，远低于 SPI 接口 15-20Mbps 的上限：
| DTU 业务类型 | 典型数据量 | 传输频率 | 所需带宽 |
|---|---|---|---|
| 遥测数据（电压 / 电流 / 功率） | 约 100 字节 / 包 | 1 次 / 秒 | 0.8kbps |
| 遥信变位（开关状态） | 约 50 字节 / 包 | 事件触发 | 瞬时 < 10kbps |
| 遥控命令（分合闸） | 约 30 字节 / 包 | 事件触发 | 瞬时 < 5kbps |
| SOE 事件记录 | 约 20 字节 / 条 | 事件触发 | 瞬时 < 10kbps |
| 故障录波数据（最耗时） | 约 1MB / 次 | 故障触发（平均每天 < 1 次） | 1MB 用 SPI 传输约 0.5 秒 |
| SPI vs FSMC：DTU 场景下的全方位对比： |
| 维度 | SPI 接口（推荐） | FSMC 并口（不推荐） | 对 DTU 的影响 |
|---|---|---|---|
| 硬件复杂度 | 极低：仅需 4 根线（SCK/MOSI/MISO/CS） | 极高：需 16 根以上线（8 根数据线 + 3 根地址线 + RD/WR/CS 等） | FSMC 需要占用 STM32F4 大量 GPIO，可能导致其他功能（如 RS485、DI/DO）引脚不足 |
| PCB 布线难度 | 极低：4 根普通信号线，无特殊要求 | 极高：8 根数据线需等长，地址线 / 控制线需匹配长度，易产生串扰 | FSMC 布线错误会导致数据传输错误，调试困难 |
| 开发难度 | 极低：官方提供成熟 SPI 驱动，1 天即可调通 | 中等：需配置 FSMC 时序，编写并口驱动，调试 DMA | 增加开发周期 3-5 天，且容易引入时序问题 |
| BOM 成本 | 相同 | 相同 | 无差异 |
| 稳定性 | 极高：信号线少，抗干扰能力强 | 中等：信号线多，易受电磁干扰 | 工业环境下，FSMC 并口更容易出现数据传输错误 |
| 功耗 | 更低 | 更高 | 对 DTU 后备电源续航有轻微影响 |
| 速率 | 15-20Mbps（足够） | 80-90Mbps（过剩） | 速率提升对 DTU 业务无任何感知 |
软件方案
- 需要移植 STM32 MAC 驱动、PHY 驱动，完成 RMII/MII 接口配置
- 需要深入理解 LwIP 协议栈（内存管理、netconn/socket API、回调机制）
- 需要调试网络稳定性（丢包、重连、ARP 冲突、TCP 滑动窗口等）
- 没有操作系统时需手动维护 LwIP 主循环，有操作系统时需移植到 FreeRTOS/RT-Thread
- 熟练工程师需 1-2 个月，新手可能 3 个月以上
比较
| 维度 | STM32F407 +lwIP + PHY | STM32F4 + CH395 |
|---|---|---|
| 开发难度 | ⭐⭐⭐⭐⭐ 极难 | ⭐ 极低 |
| 开发周期 | 1-3 个月 | 1-2 周 |
| MCU 资源占用 | 极高（需≥128KB RAM、≥256KB Flash） | 极低（仅需几 KB RAM/Flash） |
| 稳定性 | 中等（依赖软件移植和调试） | 极高（硬件固化协议，经过验证） |
| 协议灵活性 | 极高（可深度定制、添加私有协议） | 极低（仅支持芯片固化的协议） |
| BOM 成本 | 较低（PHY 芯片约 2-10 元） | 中等（CH395F 约 10-20 元） |
| 最高速率（UDP） | 约 80-90Mbps（RMII 接口） | 约 80-90Mbps（并口）/ 15-20Mbps（SPI） |
| 工业级可靠性 | 需大量调试验证 | 天生适合工业场景 |
| 电磁兼容（EMC） | 需精心设计 PCB 和软件滤波 | 芯片级抗干扰能力强 |
| 适用场景 | 复杂协议、灵活定制、高性价比 | 工业 DTU、稳定优先、快速上市 |
多网口方案
方案一：CH395 + 工业级百兆交换机芯片
用 1 颗 3 口 / 5 口百兆交换机芯片，将 CH395 的单网口扩展为 3 个物理 RJ45 口。所有网口共享同一个 IP 地址、MAC 地址和 8 个 TCP 连接，对外表现为一个网络设备，交换机芯片完全透明，无需修改原有 CH395 驱动。
方案二：3 颗独立 CH395 芯片（仅用于多网段 / 多 IP 需求）
每颗 CH395 对应 1 个独立 RJ45 口，每个网口拥有独立的 MAC 地址、IP 地址和 8 个 TCP 连接，可同时连接 3 个完全独立的网络（如主站 A、主站 B、本地运维网）。
CH395 芯片
CH395 是以太网协议栈管理芯片，用于单片机系统进行以太网通讯。
CH395芯片自带 10/100M以太网介质传输层 MAC和物理层收发器 PHY，完全兼容 IEEE802.3协议，内置了 IP、ARP、ICMP、UDP、TCP 等以太网协议栈固件。单片机系统可以方便的通过 CH395 芯片进行网络通讯。
选型建议
CH395A 基于 CH395Q 升级，CH395P 基于 CH395L 升级，引脚基本兼容，替换时需调整外围电路。
CH395Q、CH395L 维持供货但不建议新设计选用。
| 项目 | CH395F | CH395A | CH395P |
|---|---|---|---|
| 封装 | QFN32 | LQFP64M | LQFP128 |
| 尺寸 | 4×4 mm | 10×10 mm | 14×14 mm |
| 引脚间距 | 0.4 mm | 0.5 mm | 0.4 mm |
| 串口特色 | RS485 自动切换 + 硬件流控 | 无 | 无 |
| 接口 | SPI / 串口 / 并口（复用） | SPI / 串口 / 并口（复用） | 并口独立引脚 |
| 官方建议 | 新设计首选 | 兼容老款 Q | 兼容老款 L |
| 功耗 / 工艺 | 新工艺，发热更低 | 升级 Q，功耗优化 | 升级 L，功耗优化 |
| 本次设计，建议先选用CH395F。 |
价格
- CH395F 8.5
- CH395A 10
- CH395P 16
工业级百兆交换机芯片 JL5105B
找不到详细资料，下一个版本再说
工业级百兆交换机芯片 RTL8305NBI-CG
立创开源作品：五口百兆交换机 工业级型号：部分型号标注 NBI 后缀，支持 -40～85℃ 工业温度范围，需在采购时明确标注。
| 型号 | 代工与工艺 | 核心电压 | 功耗特征 | 适用场景 | 备注 |
|---|---|---|---|---|---|
| RTL8305NBI-CG | 瑞昱设计，台积电（TSMC）代工 | 1.0V | 典型约 90–110mA@3.3V | 工业级、高端消费电子 | 品质稳定、口碑佳，主流供货 |
| RTL8305NBI-VB-CG | 瑞昱设计，大陆厂商代工 | 1.2V | 较 CG 版本略高 | 成本敏感的通用场景 | BOM 需微调、寄存器配置略有更新 |
| REALTEK(瑞昱)RTL8305NBI-CG | |||||
| 基础功能： |
- 5端口交换控制器，集成内存、收发器
- 支持10Base-T和100Base-TX操作
- 非阻塞线速接收/传输
- 流控（半双工背压/全双工IEEE 802.3x）
- 地址学习/老化（2K条目查找表）
- 自动协商（速度/双工/流控能力）
- 环回检测（硬件支持）
- 电缆诊断（RTCT功能）
- 物理层极性检测与校正 高级功能：
- VLAN（16组，支持802.1Q标记）
- QoS（4级优先级队列，带宽控制）
- IEEE 802.1p优先级重标记
- 风暴过滤（广播/组播/未知单播）
- 节能以太网（EEE，IEEE 802.3az）
- 输入输出丢包控制
- 查找表LRU功能
- 环回检测的LED/蜂鸣器告警
价格
淘宝价格：
- RTL8305NB-CG 8.65
- RTL8305NBI-CG 21.32
- RTL8305NBI-VB-CG 12.52
- RTL8305NB-VB-CG 4.91 从上面的价格可以看出，工业级的贵了非常多