基于网络处理器ixp1200的以太网上联卡设计

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1、基于网络处理器IXP1200的以太网上联卡设计

2、第1关键词：以太网上联卡；网络处理器；ATM；以太网；微码；IXP1200随着网络通讯技术的高速发展，宽带接入技术成了当前电信接入技术的热点。由于早期的宽带技术以ＡＴＭ为核心，各大厂家提供的核心芯片和线路接口芯片都是基于ＡＴＭ技术的。而数据网络主要以ＴＣＰ／ＩＰ为核心，因此，为了解决ＡＴＭ和ＴＣＰ／ＩＰ的融合问题，就需要在ＤＳＬＡＭ设备上提供ＡＴＭ到以太网的转换。但转换过程中需要进行大量的数据处理，因此容易产生系统瓶颈，而上联卡的设计就是为了解决在ＤＳＬＡＭ设备中的ＡＴＭ信元和以太网帧之间的高速转发问题。本文提出了一种基于网络处理器

3、ＩＸＰ１２００的上联卡设计方案，并对该方案的实现过程进行了详细分析。１　网络处理器ＩＸＰ１２００主要特性网络处理器是一种硬件可编程器件，通常是一种芯片，它是专门为处理网络数据包而设计的。通过对硬件架构和指令集的优化，该网络处理器不但可提供线速处理数据包的高质量硬件功能，同时还具备极大的系统灵活性。ＩＸＰ１２００是英特尔公司生产的一款高档网络处理器，也是ＩＸＡ（ＩｎｔｅｒｎｅｔＥｘｃｈａｎｇｅＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）架构的核心产品。ＩＸＰ１２００的内部结构如图１所示，它内含１个主频最高可达２３２ＭＨｚ的处理核心ＳｔｒｏｎｇＡＲＭ、６个ＲＩＳＣ结构的可编程微引擎（每个微引擎包含４个

4、硬件线程）、６４位和最高１０４ＭＨｚ的ＩＸＢｕｓ、３２位的ＳＲＡＭ接口单元（工作频率为核心频率的一半）、６４位的ＳＤＲＡＭ接口单元（工作频率为核心频率的一半）、３２位和最高６６ＭＨｚ的ＰＣＩ总线接口单元等。ＩＸＰ１２００通过ＦＢＩ接口单元和ＩＸＢｕｓ相连接。另外还有一套集成开发环境，可用于对微引擎进行应用开发，它支持汇编和Ｃ编程语言。（１）ＳｔｒｏｎｇＡＲＭＣｏｒｅ通过ＳｔｒｏｎｇＡＲＭＣｏｒｅ可实现ＣＰＵ的主要功能，同时可启动系统、管理和控制对网络处理器的其它单元、处理微引擎无法处理的数据包和一些异常状况。（２）微引擎微引擎是可编程的３２－ｂｉｔＲＩＳＣ处理器，它的指令集是专门

5、针对网络和通信应用而设计的。通过对各个线程进行编程，可单独执行数据包的转发和处理，而无需ＳｔｒｏｎｇＡＲＭＣｏｒｅ干预，因而可减轻ＳｔｒｏｎｇＡＲＭＣｏｒｅ的负担，特别适合高速数据的处理和转发。（３）ＳＤＲＡＭ单元ＳＤＲＡＭ单元可提供ＩＸＰ１２００与ＳＤＲＡＭ的接口，最大可支持２５６Ｍ字节的ＳＤＲＡＭ。虽然ＳＤＲＡＭ的访问速度较慢，但存储空间大，因而可用来存储大容量的数据结构（如数据包和路由表等），并可在系统运行时存储操作系统的代码。（４）ＳＲＡＭ单元ＳＲＡＭ单元可为三种类型设备提供通用总线接口。这些设备包括最大可达８Ｍ字节的ＳＳＲＡＭ、复位后ＳｔｒｏｎｇＡＲＭＣｏｒｅ执行代码所

6、在的ＦＬＡＳＨ或Ｅ-ＰＲＯＭ等、ＢＯＯＴＲＯＭ设备和其它慢速端口设备（如ＣＡＭ）、加密设备和ＭＡＣ或ＰＨＹ设备的控制状态接口。ＳＲＡＭ访问速度较快，但存储空间小，主要用来存储查找表和缓存描述符等需要快速访问的数据结构。（５）ＰＣＩ单元ＰＣＩ单元用于提供与ＰＣＩ设备相连的接口，可用于下载操作系统和配置程序。（６）ＦＢＩ单元图１中的哈希单元、ＩＸ总线接口和Ｓｃｒａｃｈｐａｄ内存统称为ＦＢＩ单元。ＩＸＰ１２００通过ＦＢＩ单元和ＩＸＢｕｓ相连，来实现外设与ＩＸＰ１２００之间数据包的收发，以便使微引擎可以访问这些数据包，并利用线程对其进行转发。实际上，ＳｔｒｏｎｇＡＲＭＣｏｒｅ也可以访问这

7、些数据包，并对其进行异常处理或上层协议处理。２　以太网上联卡的设计方案以太网上联卡的基本功能是实现ＡＴＭ信元和以太网帧之间的转发，即从ＬＶＤＳ接口收到来自核心卡的ＡＴＭ信元流后，根据封装协议（如ＲＦＣ１４８３桥接协议）转换成以太网帧，然后建立相应的ＭＡＣ地址与ＡＴＭＰＶＣ的对应关系，并通过以太网上联口送往ＩＰ网络；也可以从以太网上联口接收来自ＩＰ网络的以太网帧，然后根据建立的ＭＡＣ地址与ＡＴＭＰＶＣ的对应关系，将其转换成ＡＴＭ信元流，再通过ＬＶＤＳ接口送往核心卡。在上联卡中，ＡＴＭ信元和以太网帧之间的转发是由网络处理器中的微引擎完成的。要使以太网上联卡不成为网络的瓶颈，微引擎必须

8、能以线速来处理数据包（以太网帧或ＡＴＭ信元），即在下一个数据包到来以前，完成对当前数据包的处理。因此，每个数据包的最大允许处理时间应小于数据包之间的间隔时间。在进行设计时，应根据以太网上联卡具体功能的实现，并结合网络处理器ＩＸＰ１２００所拥有的硬件资源来进行合理的分配使用。这样可以最大限度地发挥系统性能，本设计中，以太网上联卡需要实现以太网接收处理、ＣＲＣ计算产生、ＡＴＭ发送处理、ＡＴＭ接收处理、ＣＲＣ校验、以太网发送等六个主要任务，而由于ＩＸＰ１２００刚好拥有六个微引擎，因此，