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前幾年如果隨手拆掉一個千兆的USB3.0網卡，最可能看到的芯片是瑞昱的RTL8153，前段時間拆了款USB3.0千兆轉接線，看到老牌USB廠商沁恒的USB3.0千兆網卡芯片CH398，本文就來盤一下。
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CH398是USB3.0轉千兆以太網的橋接芯片，集成了超高速USB3.2 Gen1控制器及收發器PHY、1000M以太網MAC和PHY，支持IPv6，官方提供功能更全且通過微軟數字簽名的廠商驅動，同時也支持免驅的CDC-NCM和CDC-ECM協議，支持Windows、Linux、macOS、Android、iOS、鴻蒙HarmonyOS和國產操作系統。
記得他們家在網絡這塊除了USB網卡之外，還有網絡控制器、以太網 PHY這些，之前他們就有款USB2.0百兆以太網芯片CH397，CH398轉千兆則算是升級產品了。下面咱們來看看硬件設計和具體用法。
以下是芯片的電路設計參考圖。
CH398內置DC-DC,外圍只需要一個電感、晶振和部分阻容件即可完成基本設計。芯片內置FLASH，無需外掛，集成度高還省成本。網口變壓器和RJ45連接器是USB網卡必備的，當然也可以選個內置網口變壓器的RJ45連接器，這樣體積還能再小點。
芯片提供3路LED控制引腳，可以用于指示網口連接狀態（LINK燈，常規綠燈）和數據收發時的閃爍提示（ACK燈，常規黃燈）。也就是說，如果你想顯示有沒有連上網、有沒有數據傳輸，把這幾個燈焊上就行；如果不在乎指示燈，或者想省幾個元件，不焊也不影響正常工作。另外，通過配套的配置工具，還可以靈活交換LED的功能、調整有效電平和閃爍頻率，可以做一些個性化的設置。
網口變壓器上有個細節：CH398內置了49.9歐姆的匹配電阻，芯片與網口變壓器連接的一側，信號線上不用連電阻，相當于又節約幾個外圍。
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很多自己DIY過USB網卡的人應該都遇到過驅動問題——Windows下還好，到了Linux要自己編譯，有時候換平臺還容易識別不出來。這個其實挺影響體驗的。
CH398的特別之處在于自帶廠商驅動，同時也支持CDC-ECM和CDC-NCM及RNDIS協議。
在這個基礎上，CH398還內置功能更完整的廠商驅動，像硬件校驗和卸載、TSO V1/V2大包分片、巨型幀、流控、VLAN、選擇性掛起及多種網絡喚醒等功能，這些是標準CDC-ECM和CDC-NCM驅動所缺失或者不完整的。相比之下，廠商驅動在功能擴展方面還是比較有優勢的，特別是在遇到一些有驅動層面需求的時候，迭代和修復比較靈活，長期維護起來也更方便。
話說回來，在對穩定性要求較高的場景，像直播、會議、游戲的時候，WiFi卡一下就很難受，買一個CH398的USB網卡，插上手機，再連個網線，手機就能通過有線網絡穩定高速上網，隊友再也不用擔心我掉線了。
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除了基本的網絡轉換，CH398還做了不少細節：
1、Auto-MDIX和自動極性識別：網線有交叉線和直通線兩種，兩種線有一端的TX和RX的位置是相反的。CH398能自動交換TX和RX，相當于不挑線，不管什么場景，隨便找根網線插上就能用，這個功能就叫做Auto-MDIX。此外，CH398還支持自動識別正負信號線，如果PCB拉線時把正負畫反了，或者網線打水晶頭時把正負顛倒了，比如TX+和TX-搞反了，或者RX+和RX-搞反了，CH398都能自動識別，并適應正負極性，不影響通信。
2、CH398系列均內置全球唯一MAC地址。
3、節能和休眠：支持IEEE 802.3az節能協議，也支持USB3.2的U1/U2/U3和USB2.1的L1/L2電源管理模式。芯片可以進入睡眠模式，這時候功耗明顯降低，還能通過魔術包或者網絡喚醒包來喚醒，適合做遠程開機之類的應用。
4、LED指示燈配置：芯片提供了三路LED驅動，可以接指示燈顯示網絡狀態。通過配置工具還能自己調整LED的閃爍頻率和占空比，想要什么閃爍效果都可以調。
5、溫度范圍：數據手冊上寫的是工業級溫度范圍，-40℃到85℃。這意味著在室外設備、工控機這些環境里用也沒問題，不會因為高溫或者低溫就罷工。
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CH398有官方提供的評估板。是即插即用的，可以直接測試性能。
我自己用的是成品轉接線（為了看PCB，把外殼拆開了，板子確實比較簡潔，也印證了前面說的：芯片內置FLASH，不用外掛，集成度比較高）。插在電腦主機的USB3.0接口上，用了幾個星期，一直挺穩定。
自己設計可以考慮將A口換成C口，用CH398實現Type-C轉千兆以太網。可針對于超薄筆記本的網口拓展。
CH398拆解圖
既然是做網口，大家最關心的肯定是速度。CH398支持10M、100M、1000M自適應，也就是我們常說的百兆和千兆。它用的是USB 3.2 Gen1接口，理論帶寬5Gbps，轉成千兆以太網（扣除協議開銷，實際有效帶寬約950Mbps左右）是完全夠用的。
我們拿CH398的成品模塊，與一款RTL8153芯片做好的成品模塊，進行了網速實測對比。
CH398成品模塊
RTL8153成品模塊
測試在家中進行，分TCP和UDP兩種模式。整理表格如下：
從數據來看，兩顆芯片的吞吐能力相當，下面放一些測試的截圖（圖太多只選了一部分）：
主機US3.0+沁恒CH398：TCP模式
單獨發送：953Mbps
單向接收：948Mbps
主機US3.0+沁恒CH398：UDP模式
單向發送：958Mbps
單向接收 956Mbps（數據在另一臺電腦iperf測試軟件上)）
主機US3.0+RTL8153：TCP模式
單獨發送：951Mbps
單獨接收：949Mbps
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像樹莓派這類開發板，有些型號只有百兆網口，如果通過CH398外接擴一個千兆網口，就能突破板載網口的瓶頸。還有那些為了做薄而取消了網口的超薄筆記本，出差去酒店碰到WiFi信號差的時候，包里備一個這種小玩意兒，插上就能用有線，網速穩得多。
無網口的超薄筆記本
自己做一個小模塊，成本不高，還能根據需求定制外殼和線長，比直接買成品更有意思。如果你手頭正好有設備缺網口，或者只是想折騰點實用的東西，可以試試自己做一個，需要的器件不多，做起來也不難。
