使用BCM56500实现板级高性能交换型路由器(图)

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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
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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2? 交换板硬件结构图
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图2是LAN switch交换板的硬件结构，其硬件电路由CPU控制单元(子卡)、交换单元、物理层芯片单元、RJ45/光接口单元、CPU连接器单元、时钟单元、电源单元组成。

在设计中采用了一片BCM56500实现24个千兆数据端口，采用一片BCM5464物理层芯片和一片BCM5461 物理层芯片来提供不同类型的数据端口。使用BCM5464接出4个千兆电接口(SGMII接口)接入前面板，使用BCM5461接出1路千兆电接口(SGMII接口)作为板内使用。使用BCM56500的SERDES接口接出2路千兆光接口接入前面板，另外使用1路SERDES接口也作为板内使用，其余16路千兆端口使用SERDES接口接入系统背板，供系统其他板卡上联作为星型数据总线。BCM5464是BroadCom公司的4端口千兆物理层芯片，BCM5461是BrOAdCom公司的单端口千兆物理层芯片。

在硬件设计中，交换单元选用了BCM56500，通过PCI接口与CPU控制单元相连，以实现对交换芯片的配置管理和快速通信。设计中的实际连接如图3所示。其中由于系统中只有1个PCI从设备，设备号采用PCI_AD[31]线上的信号来选中，因此实际连线中CPU的IDSEL直接连接PCI_AD[31]即可。在PCI驱动软件中，要保证使用硬件相应的设备号进行选中和配置。



图4? 千兆光接口48小时性能测试结果

由于这个设计方案使用CPU＋ASIC方案，三层的IP路由转发功能由交换芯片的三层转发表(L3_Table)实现线速转发。其他的三层协议栈功能应用交换芯片中过滤器实现。在本设计中，根据需求完成了OSPF、RIP-2、DHCP、DHCP relay、IGMP、IGMP relay等常用IP协议栈，实现了基于PCI总线的板级高端口密度三层交换机的设计要求。