线卡通信系统的基本构件

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1、线卡通信系统的基本构件

2、第1如今高性能通信系统有多种形式，在企业网络中，它也许是路由器，或是将以太局域网(LAN)的数据转发至OC-48SO光网络的多业务转换装置；在蜂窝网络中，它可能是第三代宽带无线网络控制器(RNC)，将基站(BTS)的移动蜂窝呼叫发送至公共交换网(PSTN)；在存储网络中，它可以是将服务器的数据备份至廉价磁盘冗余阵列(RAID)的光纤通道存储转换器。无论何种特殊类型的网络，这些系统的共同用途是接收来自信息源的数据，决定它需要发至何处，并有效地将它传送至目的地。为了支持这些关键功能，需要有一套通用通信元件

3、或“基本构件”构建这些系统。这些系统的中心架构通常由许多功能相似的电路板构成，这些系统通过一个终端连接至外部；在另一端它们互相连接在一起。在路由器、无线网络交换机或存储域网络(SAN)交换机中，能找到数十种这样的通用电路板。它们运行系统的大多数关键功能，包括接收、处理、转接及传输数据。在本文中，我们将这些功能相似的电路板称为“线卡”。典型的线卡可划分为三个明显的区域：端口、信息包处理及背板部分，端口部分在线卡和外部之间传递格式正确的数据，采用Ether或SO等行业标准和协议；信息包处理部分则处理数据，设定其传送优先级，并做好

4、传输至其目的地的准备；背板部分的作用是对数据进行缓冲、排列、调度，并传输至其它的互连线卡，然后反转路径，将数据发送至它的正确的目的地。为了简化说明，我们特别研究广域网()中。因为路由器中的数据需要发送至目的地，必须进行表查寻，将数据与其适当的基于源地址、优先级等条件的目的地址相匹配。网络搜索引擎(NSE)适用于运作速率为OC-48(2.5Gb/s)或更高的系统，提供高性能的查寻功能，为了提高处理性能，采用网络协处理器(NCP)卸载NPU的工作任务。网络处理器(NPU)——NPU可对数据进行智能化决策，用于信息包分类。这可帮助

5、实施基于服务质量(QoS)和服务级别(CoS)等规则的功能，用于区分信息包的优先顺序。NPU是经过优化适合网络应用的设备(与通用CPU相比)，能够实现多千兆速率的线速处理。网络协处理器(NCP)——NCP运行非常特别的网络功能，如查寻表搜索等，有助于减轻NPU的负担，它还可用作桥接芯片，简化NPU和信息包处理部分的其它元件(NSE和存储器等)之间的互连，无需附加的界面粘接逻辑，通常NCP将帮助管理储存在NSE和存储器中的表，并帮助将NPU的搜索要求传递至表，优化搜索性能。这有助于大幅提高系统的整体性能。网络搜索引擎(NSE)

6、——NSE的架构优化用于表搜索，它可为NPU提供加速表查寻功能，NSE能够匹配数据，在单个时钟循环内获得结果。采用算法方案的相似搜索需要进行多重循环，才能完成一项匹配；因此，NSE可进行最高效的表搜索。在运作速率为OC-48(2.5Gb/s)或以上的通信应用中，采用NSE进行表搜索是实现线速处理的必需，通常搜索结果是存储器中数据的索引指示器，用于决定信息包的优先顺序、目的地等。存储器——存储器(由于高性能要求，采用基于SRAM的存储器)储存表的数据，由NSE决定的索引用来寻地址存储器，读出相应的数据。来自存储器的数据经过NC

7、P传递回来，NPU用这些数据来修改数据包。因此，信息包处理部分的所有元件均协同工作，为系统提供高速、有效的表搜索。背板——背板部分是线卡中与系统内的所有其它线卡互连的部分，这部分包括许多关键的系统功能，如时钟分配、缓冲、排队、调度、转接及最终将数据发送至另一个线卡。虽然线卡所有部分的元件均需要计时功能，但这个功能做在背板部分。时钟——系统计时是通信系统所需的关键功能，用来与其各个元件协调计时，时钟用于元件同步、高速时钟生成，以及围绕线卡的计时分布。可采用许多类型的时钟，包括简单的晶体振荡器、频率计时发生器、传播频谱计时发生器

8、、非零计时延迟缓冲器、带PLL的零延迟缓冲器、级别/信号译码器，以及可编程偏移时钟缓冲器。逻辑——固定功能的逻辑器件或可编程逻辑器件用于所有的通信系统中，控制多数其它元件。在许多情况下，这些逻辑器件可视作系统的智能部分，常常为ASIC、FPGA或CPLD器件，它们帮助控制其它器件，运行固定的数据处理功能，进行信号接口转换、信息包传输调度，并且常常能够在单个器件中集成一些围绕它的其它功能区块(如计时装置和存储器)。存储器——背板普遍需要采用存储器以缓冲通过线卡传递的数据，由于数据所需的接入速率高，通常采用*近背板互连部分的SR

9、AM存储器，如果存储器用作背板部分多个器件之间的临时储存点，可能需要多重时域功能。采用双端口RAM或FIFO，常常可使系统设计更简单，并且，存储器常划分为多个队列或FIFO，以方便基于规则、级别或服务质量的信息包传递。转接元件——线卡的数据可能需要转接至系统中的任何其它线卡，虽然转接功能可