手撕USB 3.0网卡！有了这颗国产芯片，再也不用死磕RTL8153
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前几年如果随手拆掉一个千兆的USB3.0网卡，最可能看到的芯片是瑞昱的RTL8153，前段时间拆了款USB3.0千兆转接线，看到老牌USB厂商沁恒的USB3.0千兆网卡芯片CH398，本文就来盘一下。
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USB3.0转网口，只要一颗芯片
CH398是USB3.0转千兆以太网的桥接芯片，集成了超高速USB3.2 Gen1控制器及收发器PHY、1000M以太网MAC和PHY，支持IPv6，官方提供功能更全且通过微软数字签名的厂商驱动，同时也支持免驱的CDC-NCM和CDC-ECM协议，支持Windows、Linux、macOS、Android、iOS、鸿蒙HarmonyOS和国产操作系统。
记得他们家在网络这块除了USB网卡之外，还有网络控制器、以太网 PHY这些，之前他们就有款USB2.0百兆以太网芯片CH397，CH398转千兆则算是升级产品了。下面咱们来看看硬件设计和具体用法。
以下是芯片的电路设计参考图。
CH398内置DC-DC,外围只需要一个电感、晶振和部分阻容件即可完成基本设计。芯片内置FLASH，无需外挂，集成度高还省成本。网口变压器和RJ45连接器是USB网卡必备的，当然也可以选个内置网口变压器的RJ45连接器，这样体积还能再小点。
芯片提供3路LED控制引脚，可以用于指示网口连接状态（LINK灯，常规绿灯）和数据收发时的闪烁提示（ACK灯，常规黄灯）。也就是说，如果你想显示有没有连上网、有没有数据传输，把这几个灯焊上就行；如果不在乎指示灯，或者想省几个元件，不焊也不影响正常工作。另外，通过配套的配置工具，还可以灵活交换LED的功能、调整有效电平和闪烁频率，可以做一些个性化的设置。
网口变压器上有个细节：CH398内置了49.9欧姆的匹配电阻，芯片与网口变压器连接的一侧，信号线上不用连电阻，相当于又节约几个外围。
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厂商驱动+免驱：不用折腾才叫好用
很多自己DIY过USB网卡的人应该都遇到过驱动问题——Windows下还好，到了Linux要自己编译，有时候换平台还容易识别不出来。这个其实挺影响体验的。
CH398的特别之处在于自带厂商驱动，同时也支持CDC-ECM和CDC-NCM及RNDIS协议。
在这个基础上，CH398还内置功能更完整的厂商驱动，像硬件校验和卸载、TSO V1/V2大包分片、巨型帧、流控、VLAN、选择性挂起及多种网络唤醒等功能，这些是标准CDC-ECM和CDC-NCM驱动所缺失或者不完整的。相比之下，厂商驱动在功能扩展方面还是比较有优势的，特别是在遇到一些有驱动层面需求的时候，迭代和修复比较灵活，长期维护起来也更方便。
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细节功能也不少
除了基本的网络转换，CH398还做了不少细节：
1、Auto-MDIX和自动极性识别：网线有交叉线和直通线两种，两种线有一端的TX和RX的位置是相反的。CH398能自动交换TX和RX，相当于不挑线，不管什么场景，随便找根网线插上就能用，这个功能就叫做Auto-MDIX。此外，CH398还支持自动识别正负信号线，如果PCB拉线时把正负画反了，或者网线打水晶头时把正负颠倒了，比如TX+和TX-搞反了，或者RX+和RX-搞反了，CH398都能自动识别，并适应正负极性，不影响通信。
3、节能和休眠：支持IEEE 802.3az节能协议，也支持USB3.2的U1/U2/U3和USB2.1的L1/L2电源管理模式。芯片可以进入睡眠模式，这时候功耗明显降低，还能通过魔术包或者网络唤醒包来唤醒，适合做远程开机之类的应用。
4、LED指示灯配置：芯片提供了三路LED驱动，可以接指示灯显示网络状态。通过配置工具还能自己调整LED的闪烁频率和占空比，想要什么闪烁效果都可以调。
5、温度范围：数据手册上写的是工业级温度范围，-40℃到85℃。这意味着在室外设备、工控机这些环境里用也没问题，不会因为高温或者低温就罢工。
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CH398性能测试
CH398有官方提供的评估板。是即插即用的，可以直接测试性能。
我自己用的是成品转接线（为了看PCB，把外壳拆开了，板子确实比较简洁，也印证了前面说的：芯片内置FLASH，不用外挂，集成度比较高）。插在电脑主机的USB3.0接口上，用了几个星期，一直挺稳定。
自己设计可以考虑将A口换成C口，用CH398实现Type-C转千兆以太网。可针对于超薄笔记本的网口拓展。
CH398拆解图
既然是做网口，大家最关心的肯定是速度。CH398支持10M、100M、1000M自适应，也就是我们常说的百兆和千兆。它用的是USB 3.2 Gen1接口，理论带宽5Gbps，转成千兆以太网（扣除协议开销，实际有效带宽约950Mbps左右）是完全够用的。
我们拿CH398的成品模块，与一款RTL8153芯片做好的成品模块，进行了网速实测对比。
CH398成品模块
RTL8153成品模块
测试在家中进行，分TCP和UDP两种模式。整理表格如下：
从数据来看，两颗芯片的吞吐能力相当，下面放一些测试的截图（图太多只选了一部分）：
主机US3.0+沁恒CH398：TCP模式
单独发送：953Mbps
单向接收：948Mbps
主机US3.0+沁恒CH398：UDP模式
单向发送：958Mbps
单向接收 956Mbps（数据在另一台电脑iperf测试软件上)）
主机US3.0+RTL8153：TCP模式
单独发送：951Mbps
单独接收：949Mbps
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小结
像树莓派这类开发板，有些型号只有百兆网口，如果通过CH398外接扩一个千兆网口，就能突破板载网口的瓶颈。还有那些为了做薄而取消了网口的超薄笔记本，出差去酒店碰到WiFi信号差的时候，包里备一个这种小玩意儿，插上就能用有线，网速稳得多。
无网口的超薄笔记本
自己做一个小模块，成本不高，还能根据需求定制外壳和线长，比直接买成品更有意思。如果你手头正好有设备缺网口，或者只是想折腾点实用的东西，可以试试自己做一个，需要的器件不多，做起来也不难。