使用BCM56500实现板级高性能交换型路由器(图)

文章摘要：应用MPC8245CPU和BCM56500交换芯片实现基于PCI总线的板级高端口密度三层交换机，给出了路由协议和其他协议栈，并给出了交换性能指标随着用户需求和网络技术的发展，高速率高端口密度的多层IP路由交换功能的应用已经越来越广泛了。由于实现三层以上路由功能的判据较为复杂，传统的路由器采用软件实现路由功能，由高性能的CPU同时实现控制平台和数据通道。自从三层交换的概念提出以来，主要的技术可以分为两类：路由型交换机和交换型路由器。路由型交换机通过各种技术来发现、建立和缓存路由捷径来实现路由加速功能。一般情况下路由型交换机不实现大型动态路由协议，主要应用在基于ATM的多协议交换技术中。交换型路由

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应用MPC8245CPU和BCM56500交换芯片实现基于PCI总线的板级高端口密度三层交换机，给出了路由协议和其他协议栈，并给出了交换性能指标

随着用户需求和网络技术的发展，高速率高端口密度的多层IP路由交换功能的应用已经越来越广泛了。由于实现三层以上路由功能的判据较为复杂，传统的路由器采用软件实现路由功能，由高性能的CPU同时实现控制平台和数据通道。

自从三层交换的概念提出以来，主要的技术可以分为两类：路由型交换机和交换型路由器。路由型交换机通过各种技术来发现、建立和缓存路由捷径来实现路由加速功能。一般情况下路由型交换机不实现大型动态路由协议，主要应用在基于ATM的多协议交换技术中。交换型路由器可以用来实现类似OSPF、EIGRP等的动态路由协议，采用RISC CPU加ASIC专用交换芯片分离控制平台和数据通道。由于数据通道单独由ASIC实现，可以达到端口线速。本文介绍了一个使用Freescale公司的MPC8245高性能RISC CPU和Broadcom公司的BCM56500高速交换芯片，来实现应用在网络接入系统中的24个千兆端口的三层交换的解决方案。由于本数据交换板是用于宽带接入系统，测试结果表明该设计方案的高性能、高端口密度和硬件实现的稳定性能够充分满足系统的需求。

MPC8245和BCM56500简介

 

MPC8245是基于MPC603e核的高性能低功耗的32位嵌入式RISC处理器，带有DUART接口、双通道DMA控制器和标准I²C控制器等通用模块。MPC8245支持PCI总线2.2标准，可以同时工作在PCI主设备和从设备状态。

BCM56500是多层交换芯片，集成了24个千兆位以太网端口，同时支持IPv4和IPv6协议，支持硬件处理的二层交换，三层路由以及二到七层数据包的分类和过滤功能，芯片内部集成2MB数据包缓冲内存。BCM56500支持PCI总线2.2标准，系统设计中通常使用RISC CPU通过PCI总线对BCM56500进行初始化、配置管理和实现三层交换功能。BCM56500的结构框图如图1所示。

图1  BCM56500结构框图

由图1可以看出，BCM56500芯片由以下一些主要功能模块组成。

(1)千兆接口控制器(GPIC)：用于提供千兆接口与交换逻辑之间的接口。

(2)CPU管理接口(CMIC)：主要提供CPU与BCM56500设备不同功能块之间的接口，同时也用于诸如MIIM、I²C和指示灯的处理等功能。该模块通过PCI总线接口与CPU相连，可使CPU访问和控制BCM56500。

(3)地址解析逻辑(ARL)：该逻辑功能模块可在数据包的基础上确定该数据包的转发策略。它利用二层表(L2_TABLE)、二层组播表(L2_MCTABLE)、三层表(L3_TABLE)、三层最长前缀匹配表(DEF_IP_HI和DEF_IP_LO)、三层接口表(L3_INTF)、IP组播表(L3_IPMC)、VLAN表(VLAN)以及生成树表(VLAN_STAG)来决定如何转发数据包。

(4)公共缓冲池(CBP)：公共缓冲池实际上是2MB共享的包缓冲区，由8192个单元组成，每个单元256字节。设备里的每个数据包消耗一至多个单元。

(5)内存管理单元(MMU)：BCM56500有一个单独的内存管理单元，每个内存管理单元与设备的功能块(GPIC)等相关联。内存管理单元负责数据包的缓冲和调度，它首先接收数据包，然后再将数据包缓冲，并在发送时加以调度，同时它还管理交换单元的流控特性，概括来说，就是缓冲逻辑、调度逻辑、流控逻辑。缓冲逻辑从CP-BUS接收包并存放在公共缓冲池，同样也从公共缓冲池获取包并将它们发送到CP-BUS。包的发送顺序由调度逻辑根据包的优先级别确定。流控逻辑包括Head-of-Line(HOL)阻塞预防和Backpressure两种方式。

这些功能模块之间可通过CP-Bus和S-Channel这两条内部总线联系起来。其中CP-Bus用于芯片内数据包的高速传输，它支持所有端口的同时线速转发。而S-Channel Bus则有两个作用，第一是用于内存管理单元到其他功能块的流控；第二是通过CPU管理接口由CPU控制访问内部寄存器和表，以及通过过滤器选送特殊数据包到CPU并由CPU发送特定数据包到端口以实现三层功能。

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