前言
在FreeCRT里嵌入SmallBean175的控制界面，算是一次软、硬结合的初步尝试，也算是给FreeCRT引流。至于SmallBean175本身或控制软件本身有没有问题，我觉得大约是有的，不过闻过则喜，希望大家予以指正。
1. SmallBean175外观
1.1 SmallBean175前脸
1.2 SmallBean175背部
1.3 淘宝链接
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2. SmallBean175规格定义
SmallBean175是一款多功能百兆交换机，主要面向的客户群体是嵌入式工程师、网络工程师、网络管理员以及在校的科研人员。对于普通用户来说，标准交换模式也足以满足你的日常需求。SmallBean175的规格定义如下：
- 5口百兆交换机，采用IP175G芯片方案
- 支持4种不同的工作模式，分别为标准交换、VLAN隔离、端口镜像和专家模式
- 铝合金外壳，美观、坚固、耐用
- Link、数据合一指示灯
- 端口镜像指示灯
- 5V1A DC输入，支持USB口和DC口两种供电方式
- 待机功耗400mW，两口iperf测试时功耗650mW
- 100米5类网线，iperf测试接近理论吞吐率
- 支持基于USB的IP175寄存器访问与操作
- 支持寄存器定制保存与加载
3. SmallBean175的四种工作模式
3.1 模式1 – 标准交换
标准交换模式，是应用最多的一个模式，俗称傻瓜交换。在这种模式下，P1~P5在同一个Vlan中，任意端口间都可以实现自由的数据交换。这种模式下，SmallBean175的P5在与P1~P4具有完全一样的身份和行为。
3.2 模式2 – VLAN隔离
VLAN隔离模式的网络拓扑如上图所示。在这种模式下，P1和P5在VLAN1, P2和P5在VLAN2，P3和P5在VLAN3，P4和P5在VLAN4，这样VLAN之间相互隔离。简单的说，就是P1~P4之间相互不能通讯，但是P1~P4都可以和P5进行通讯，从而组成以P5为中心的星型网络。
3.3 模式3 – 抓包模式（端口镜像）
抓包模式，专业的讲就是端口镜像，指的是把目标port（source）的收发包copy到另一个用于观察的port（destination）。早期研发工程师抓包通常使用以太hub来完成，但以太hub不仅效率低下，而且基本上已经销声匿迹了。基于交换机的端口镜像实现的抓包功能，无疑更加灵活与高效，可以满足专业领域工作人士的刚需，是SmallBean175最具特色的功能之一，也是SmallBean开发的初衷之一。
注：由于IP175G芯片的实现问题，在实测中我们发现，镜像的收、发报文不能完全保证时序，在使用中请加以甄别。
3.4 模式4 – 专家模式（高级自定义）
专家模式是SmallBean175的终极模式，在这个模式中，用户可以通过FreeCRT（风云际会，热泪盈眶…）的内嵌程序SmallBean Manager，直接访问IP175交换芯片的内部寄存器，实现对寄存器的读、写和保存，理论上，以上三种模式都可以通过专家模式来实现，同时还支持各种其他的特性，比如端口速率控制、端口trunc、VLAN&CoS…，本文将有专题章节对专家模式的使用做举例。
4. 抓包模式实战
抓包模式是网络工程师和嵌入式工程师的刚需，可以用来分析网络协议与定位相关的问题。本节重点介绍SmallBean175抓包模式的使用方法。
4.1 抓包行为
交换芯片IP175G的端口镜像功能支持四种方式，RX，TX, RX or TX, RX and TX，而且支持对多个端口同时进行抓包，为了避免不必要的困惑，SmallBean175的抓包模式，定义为：使用P5来抓P1的TX与RX报文，其中P5为监控口，P1为被监控口。
4.2 抓包指示灯
SmallBean175的RJ45接口，右侧绿色灯用于作为link和数据的指示灯，而左侧的黄色灯专门用于抓包模式的指示。只要处于抓包行为内，不管是被监控端口或是监控端口，其黄色灯都会被点亮。当进入抓包模式，最明显的外部特征就是P1和P5的黄灯会被点亮。如果进入专家模式，比如用P5抓P1~P4的包，那么5个黄灯都会被点亮。
4.3 抓包举例
我们用一个最简单的例子来说明如何使用SmallBean175来完成抓包：模型如下图，PC1的IP地址为100.100.0.1，接P1，PC2的IP地址为100.100.0.2，接P2，PC3为抓包机，接P5。PC1使用ping 100.100.0.2命令来测试与PC2的连通性，而我们则使用PC3抓取协议的交互报文。
首先，在PC3上安装抓包软件（推荐使用wireshark），选择连接P5的网口，进行抓包。在PC1的命令行中执行ping 100.100.0.2，命令完成后，停止wireshark的抓包动作。我们得到如下的报文信息：
我们看到协议的交互报文，符合我们的预期：首先是一对ARP报文，由PC1触发用于获得100.100.0.2的MAC地址，然后就是成对的ICMP报文，也就是我们通常说的ping命令的交互协议。
下面我们再模拟一下，用SmallBean175的抓包功能来定位问题：
我们在PC1上执行，tftp -g 100.100.0.2 -r main -l main，意思从100.100.0.2的tftp server上获取一个名字叫main的文件，并存储到当前的main文件。然后我们通过SmallBean175获得如下的报文，“Port unreachable”的ICMP报文，明确告诉我们端口不可达，那么大概率就是tftp server根本没有启动。
5. 专家模式实战
5.1 专家模式的工作机制
我们先介绍一下“专家模式”的工作机制，这个有助于大家对“专家模式”有一个更好的了解。IP175G（即SmallBean使用的交换芯片）在复位时，内部寄存器将复位成初始值，如果有硬件设计上有EEPROM的配合，就可以在EEPROM中按约定格式写入寄存器值，修改默认的交换机寄存器，从而定制交换机的行为，市面上大部分的傻瓜交换机采用的都是这个策略，至少是保留flash焊盘的。
SmallBean175采用的是通过SMI接口动态修改寄存器，并提供了保存修改后寄存器的机制，当模式选择为“专家模式”，则尝试加载保存的用户定制寄存器。
事实上在任何模式，我们都可以通过SmallBean Manager来动态修改修改寄存器，实时的修改交换芯片行为，任何与默认配置不同的改动，都可以进行保存（或者导出配置），而拨码开关选择“专家模式”，只是做了load存储配置的动作。
5.2 SmallBean Manager介绍
SmallBean Manager从FreeCRT V0.9.9.0版本开始引入，可以单击菜单Options->SmallBean…按钮来启动，启动后的界面如上图所示。界面从上到下，分为4个部分：设备信息、寄存器列表、单个寄存器控制、功能按钮。
设备信息：Combobox可以用来在多个SmallBean175间切换（如果有多个的话），其他则是当前选中设备的设备信息和软硬件版本号。
寄存器列表：寄存器列表我们用表格的形式来展示，列表示PHY，行则表示mmd+page+reg的组合。其中前5列直接对应PHY端口，后5列则用户交互芯片的全局设置。FreeCRT内部维护了一组IP175G的默认配置（如果错误请反馈），当设备的寄存器值与默认值不同，则会以高亮显示，这样用户可以方便的识别出来，我在默认配置基础上改了哪些寄存器。
单个寄存器控制：当用户在寄存器列表中切换选中项，单个寄存器控制区，会进行同步切换，我们可以在这个部分进行寄存器的写入或者按bit位进行操作。
功能按钮：OK键为关闭界面命令，Refresh按键用于手动刷新当前SmallBean的所有寄存器，Save按键用于保存当前的修改寄存器到系统flash中，Export按键用于把当前的修改导出到SmallBean的配置文件中去，主要是用来进行配置分享，下一节，就会有一些用Export命令导出的配置分享给大家，而Import按键则是把export出的配置写入系统flash中，并在切换到“专家模式时”生效。
5.3 SmallBean Manager驱动
SmallBean Manager基于libusb与SmallBean175进行双向通讯，如果SmallBean175连接PC，设备管理器里出现‘设备未识别’或‘其他设备’的情况（如下图），那么说明需要安装驱动，可以使用如下zadig进行通用winusb驱动的安装。
5.4 系统中的端口映射
交换芯片IP175G是IP178G的阉割版本，后者是一个8口百兆交换芯片，所以寄存器的定义几乎一致，只是由于有三个被阉割，导致部分寄存器失效。IP178G内部有port0~port7，IP175G没有简单的使用port0~port5，而是按如下的方式映射：
由于SmallBean175是面向终端客户的，所以端口编码从1到5，我们整理一下，三者的关系，因为在接下来的举例中会用到端口的关系。
| SmallBean175 | P1 | P2 | P3 | P4 | P5 |
| IP175G | port0 | port1 | port2 | port3 | port4 |
| IP178G | port2 | port3 | port4 | port6 | port7 |
5.5 专家模式使用举例
5.5.1 端口镜像只抓RX方向
SmallBean175的‘端口镜像’模式，定义为使用P5来监控P1的RX和TX。这里我们用一个最简单的例子，修改端口镜像双向抓包为RX单向抓包，来演示专家模式的工作方式。
因为这个例子是在默认的抓包模式基础上做微调，那么第一步，把模式选中为‘端口镜像’，打开SmallBean175（必要时手动refresh一下寄存器），浏览一下寄存器列表，有两部分内容有改动，一块是端口镜像的配置，一块是port based vlan部分。在这个例子里，我们只需要调整端口镜像部分，即SW20那列。
从IP175G的datasheet可知，用于控制端口镜像方向的是PHY 20, page 0， 寄存器20的bit 13、14，那么选中列SW20、行0-20, 通过位操作，把13、14不要勾选。然后再点击save按键，保存成功后，把模式切换到‘专家模式’。那么此时就进入只抓P1 RX方向的工作状态了。
5.5.2 P1、P2-VLAN1，P3、P4、P5-VLAN2
我们知道，所谓的VLAN就是一个独立的广播域，如果两拨不同的人连接到同一台交换机，我们想把他们隔离开，最简单的就是把相应的端口配置到不同VLAN。IP175G支持port based VLAN和tag based VLAN，这里简单使用port based VLAN就可以实现。找到port based VLAN对应的寄存器章节：
以16寄存器为例，0~7bit定义了IP175G port0（Smallbean175的P1）的port VLAN成员，默认所有个端口都在这个VLAN里，在这个例子里，它应该只包括SmallBean175的P1、P2，对应IP178G的port为port2、port3，所以对应的16进制值为0X0C，8~15bit是port1成员定义，它的值同样应该为0X0C。与此相同，17的0~7bit，18的0~7bit以及18的8~15bit应该都设置成IP178G port4、port6、port7，即0XD0。我们把0X0C和0X0D写入对应的寄存器。保存并切换到专家模式，结束。
6. 专家模式配置分享
这里我们提供了的一些实用的配置文件，按下面的步骤导入：
- 下载配置文件
- SmallBean175切换到标准交互模式并连接PC
- 打开SmallBean Manager界面
- 点击Import按钮，选择下载的配置文件
- Import成功后，切换到专家模式即可
7. 相关性能测试
对SmallBean175进行了远距离吞吐率测试，测试模型：
