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    網絡處理器(Network Processor)與CompactPCI

    2007-03-21 上海控易電子科技有限公司021-54285464

    論文提供:控易電子

    在目前的市場中,網絡處理器(Network Processor)是最專業的處理器之一,這種處理器的目的在于希望能以At Line Rate來處理封包格式的數據。最近幾年來,芯片供貨商正透過各種WAN edge/access、無線網絡基礎建設、以及網絡第四到七層交換器應用等領域中各種特殊應用IC來積極地招徠網絡處理器。

    這篇文章會帶領讀者看看一些由國際PICMG?協會(PCI Industrial Computer Manufacturers Group)所訂定的規范在網絡處理器的領域有何代表性應用,我們會以ATM轉換IP的應用來當做范例。

    [網絡處理器數據的傳輸接口]
    在標準的CompactPCI平臺運用網絡處理器時,第一項挑戰是如何處理網絡處理器的數據傳輸接口,網絡處理器一般是以封包為基本接口來連接各實體層的裝置,最普遍的傳輸接口包括UTOPIA(Universal Test and Operations PHY Interface for ATM)、POS-PHY(Packet Over SONET PHYsical)及SPI-3(System Packet Interface level 3)。對于更趨復雜的未來,有些接口也提供單一接口支持多實體層裝置的multi-PHY模式。

    讀者會發現,網絡處理器對于主數據傳輸路徑的接口形式與傳統CompactPCI板卡使用的PCI總線是非常不同的。早期就采納CompactPCI作為網絡處理器的人士認定,未來必須要提供一個可支持封包數據傳輸的彈性接口。

    下圖是使用Intel IPX2400的范例,說明規劃時可能要處理的一些接口。請注意,許多網絡處理器允許接口被設定成可支持多種不同的傳輸,以下只是其中一種可能的設定范例。

    在上面這個例子中,Utopia總線最后會連接到一個ATM實體層的裝置,且為了考量IP流量,SPI-3接口會連接到兩個以太網絡的實體層。我們可使用I/O Mezzanine以提供ATM實體層的連接,讓這些實體層更具靈活性。

    [I/O Mezzanines]
    CompactPCI 以及 VME板卡的研發人員,常使用PMC插槽作為提供額外I/O擴充力的方法,PMC可附加在板卡上,以擴充板卡的I/O 酬載。典型的PMC包含了大量儲存裝置、網絡,以及一般的I/O。

    PMC的規格是以PCI總線擔任板卡與PMC模塊間的接口。選擇PCI為接口是因為PCI相當普遍:幾乎任何你渴求的I/O功能都可在PCI接口上找到。PMC接口對CompactPCI 以及 VME市場提供了相當大的助益,但卻缺乏了網絡處理器所需、以封包格式傳輸數據的接口。

    在2001年8月,PICMG協會提出了PICMG 2.15 PCI Telecom Mezzanine Card (PTMC)的規范,這項規格不但打算支持四個普遍的工業規格電信總線接口 (H.110、Utopia Level 2、POS-PHY與RMII),且支持現有的32及64位PCI總線。在2002年底,PICMG協會發表了PICMG 2.15的工程改變需求通知,這份工程改變需求通知,透過將以太網絡擴充力由4個增加到7個,來提高TDM 及UTOPIA配置法的數量。PICMG 2.15提供的彈性,也就是容易使用。

    PICMG 2.15 委員會必須局限在PMC規格中可用的一些pin腳中規劃,他們需要先明文訂妥PMC的規格配置以及腳位使用的定義,還需要重新定義過去使用的64位PCI接口的前32位,以限制PTMC新的I/O擴充力符合32位接口。

    當使用PTMC時,驗證PTMC與它要插上的載板是否支持相同的配置法是很重要的。下表定義了一些PTMC版卡可用的配置法:

    PTMC以及載板的能力是根據它的配置形式來決定的。舉例而言,一個PTMC及載板支持「配置5 (Configuration 5)」(兩個以太網絡及32位PCI接口)會稱為PT5MC,而載板則被稱為PT5CC。值得注意的是,PMC 可用來支持rear I/O的I/O line數量,是根據不同配置型態而定,選擇PTMC時,需要考量到接口與rear I/O的需求。

    我們來看看下面PT4MC的區塊圖。這張圖提供了四個OC-3的界面,同時使用Utopia level 2來互相聯系網絡處理器。

    在這個例子中,Utopia總線是封包傳輸的主要數據傳輸路徑,PCI總線是用來設定與控制IXF6012,透過使用了PTMC,設計工程師可提供各種連接到網絡處理器的實體層更多彈性。

    [PICMG 2.16]
    在這篇應用的下一段是關于IP數據傳輸。基于系統容錯備援的概念,這個IP傳輸應該要具有以太網絡的備援,以及足夠處理所需流量的頻寬。

    在2001年9月,PICMG協會認可了PICMG 2.16 Packet Switched Backplane規格,這份規格定義了CompactPCI板卡可透過雙重 10/100/1000Mbit以太網絡互相連系。與PICMG 2.16兼容的系統已經運用在多種應用領域中,而以太網絡聯系的本質以及IP封包傳輸的需求,也在系統供貨商之中獲得較高階的采用。

    下圖表達的是IP聯機的架構。值得關注的是,這個范例已經將PCI總線從CompactPCI系統中移除。可預見的,整個產業已經開始由PCI轉變為可聯機并處理IP流量的平臺,下面是個可能的成品范例。

    在創造一塊可將ATM轉換為IP的CompactPCI板卡時,有的人可能會想要在過去討論過的內容之外,再一些有彈性的功能。在許多案例里,一些應用或許需要一般額外的運算能力以處理異常的封包,而只要增加一個額外的PMC 插槽來支持處理器的PMC卡即可。為了測試,有的使用者可能想要透過板卡前端來存取IP流量,有些板卡前端的以太網絡接頭,可能只用來發送 IP流量。在這個案例中,PTMC將不會派上用場。下面的區塊圖,會呈現一個有彈性、一般用途的網絡處理器刀片。

    [總結]
    網絡處理器的部分就討論到這邊,工業標準存在至今且目前使用在需要操作或路由封包數據的應用中。一些合用的標準包括了PICMG 2.0 CompactPCI規格、PICMG 2.16 Packet Switched Backplane規格,以及PICMG 2.15 PCI Telecom Mezzanine Card規格。

    在這個范例中,ATM 封包(cell)可透過PTMC卡上的系統訊框器 (framer)來緩沖,PTMC與網絡處理器板卡使用Utopia level 2在彼此間傳輸數據。以太網絡轉轍器與實體層為PICMG 2.16 的IP流通提供了備援的連結。接下來,這篇文章遺失的那塊拼圖是自動保護切換 (Automatic Protection Switching,APS)。大多數處理ATM的應用在卡片層面都需要有備援裝置,這需要兩塊網絡處理器板卡共享彼此的狀態信息。如此,當遇到故障狀態時,備用的網絡處理器板卡才可在最少的時間與數據損失下接管系統。這就是留待各位讀者思考的習題了。




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