基于网络处理器IXP1200的以太网上联卡设计

摘要：以太网上联卡是以ATM技术为内核的DSLAM设备中的一块板卡，DSLAM设备通过它可直接与IP网络相连，由于在进行ATM与IP转换时要消耗大量资源，因而很容易使上联卡成为整个系统的瓶颈。文章提出了一种基于网络处理器IXP1200的以太网上联卡设计方案，该方案利用IXP1200网络处理器强大的数据处理能力和高度的灵活性来实现对数据的线速处理，同时也可根据需要增加新的功能。

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（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）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个硬件线程）、６４位和最高１０４ＭＨｚ的ＩＸ Ｂｕｓ、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ＩＸ Ｂｕｓ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）ＳｔｒｏｎｇＡＲＭ Ｃｏｒｅ

通过ＳｔｒｏｎｇＡＲＭ Ｃｏｒｅ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－ｂｉｔ ＲＩＳＣ处理器，它的指令集是专门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ＳｔｒｏｎｇＡＲＭ Ｃｏｒｅ干预，因而可减轻ＳｔｒｏｎｇＡＲＭ Ｃｏｒｅ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ＳｔｒｏｎｇＡＲＭ Ｃｏｒｅ执行代码所在的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ＩＸ Ｂｕｓ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，ＳｔｒｏｎｇＡＲＭ Ｃｏｒｅ也可以访问这些数据包，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ＡＴＭ ＰＶＣ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