网络处理器平台之设计与应用

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1、网络处理器平台之设计与应用

2、第1...第1　　因特网、企业网络等网络应用的带宽需求急剧上升，传输、检查、拆分、组合、搜寻、内容比对、转递等IP封包运算处理动作，以往可以靠软件程序在一般X86微处理器上完成，搭配以网卡做封包出入口。但是近年来这些封包的运算处理越来越复杂，将数据输入处理单元，完成后再将结果送往输出单元，慢速处理造成的时间延迟会严重影响到数据吞吐量，无法满足LineRateOperation的需求。Intel公司提供的网络处理器系列产品专门用来解决这样的问题，IXP-4XX属于较低端的系列，本文

3、则集中探讨IXP-2XXX系列高端网络处理器，文中将以IXP-2400处理器在凌华科技cPCI-6240系列产品的设计为例做出说明。　　　　以下将先介绍IXP-2XXX处理器的功能特性，再探讨处理器的平台设计、应用开发，最后探讨它在网络安全领域的应用，以入侵检测系统为实例做出说明。　　　　IntelIXP-2XXX网络处理器　　　　IntelXP-2XXX系列网络处理器大致包含：IXP-2400、IXP-2800及IXP-2850，请参考表一的性能差异。除此之外，Intel还考虑比照了IXP-42X系列的做

4、法，高度整合MACs等功能模块，建造优异的性价比产品，使这一系列处理器的应用更普及化。　　全系列IXP-2XXX网络处理器都可拆分为『控制管道』(ControlPlane)及『数据管道』(DataPlane)两大部分。参考图一IXP-2400网络处理器，它内建一颗600MHz32-bitXScale来负责ControlPlane的处理工作，XScale执行相当底层的控制工作，包括信息传送，还有跟系统内其它处理器的沟通。DataPlane则由内建的八颗微处理引擎(Micro-EngineVersion2,ME

5、v2)来做平行处理，MEv2是XScale精简下来的(Reduced)可程序处理器，使用者可用Micro-Code汇编语言或是高端Micro-C语言撰写应用程序，透过指令告诉这八颗MEv2怎样处理封包运算，以达到应用目的。图一IXP-2400网络处理器　　图一是IXP-2400示意图外观，它有两个信道的QDRSRAM接口，存放重要的数据结构，比如：RouteTables，FreeBufferPools，Floemory，这是处理器内第三个内存资源，XScale与MEv2可共同存取，三种内存资源可以让海量存储

6、器存取同时间平行发生；第三个单元是ControlandStatusRegister(CSR)，起到9颗处理器（1*XScale+8*MEv2）之间沟通的作用。　　　　除此之外，还有XScale外围，包含中断控制器、Timers,UART、GPIO等单元。在处理器内部，XScale、MEv2、DRAMController、SRAMController、T/R-Buffer之间透过ChassisBus，将DataPlane的路径在处理器内部连通起来，这些控制单元可以共享SRAM、DRAM等内存资源做数据交换。　

7、　网络处理器的『平台设计』、『应用开发』　　　　(一)平台规划、开发　　　　平台规划设计IXP-2XXX平台首先要先为产品做准确的定位，定义平台最终应用、带宽需求、封包处理效能等级。若是想一半接到ATM网络，则MSF接口有一半要规划成UtopiaLevel2接口，连接的ASIC像是IntelIXF-6012/6048Cell/PacketFramer；若是要直接连IP网络，则MSF接口规划成SPI-3或是CSIX，连接像IntelIXF-1104(QuadGiga-EMACs的ASIC)；或是接FIC(Fa

8、bricInterfaceController)的ASIC。另外规划时要全面考虑：ControlPlane的处理效能、是否外挂辅助处理器、开机影像文件下载速度；DataPlane则须考虑SRAM大小、DRAM资源使用、是否须加密功能(IXP-2850有)、是否外挂网络搜寻加速器、是否外挂内容检查加速器等、要多少个网络接口。这些硬件规格要根据功能应用，做整体效能评估才行，在开案初期要审慎评估。　　　　平台开发包括硬件、Redboot、系统支持套件(BoardSupportingPackage,BSP)，BSP

9、内含组件驱动程序。其中硬件设计跟一般X86运算平台没什么两样，记得要预留软件除错端口，就像X86-CPU的ITPPort一样；Redboot则相当于X86BIOS，系统初始化、自我测试、BootLoader都包在Redboot内；Redboot及BSP可以藉由IntelIXASDK得到帮忙，建立以XScale为处理核心的操作系统平台，最后这三大要素即可建立一个完整的网络处理器平台。　　　　(二)应用程序开发