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網(wǎng)絡(luò)處理器（Network Processor）與CompactPCI

Jeff Munch 2003/04/18

　　在目前的市場(chǎng)中，網(wǎng)絡(luò)處理器(Network Processor)是最專(zhuān)業(yè)的處理器之一，這種處理器的目的在于希望能以At Line Rate來(lái)處理封包格式的數(shù)據(jù)。最近幾年來(lái)，芯片供貨商正透過(guò)各種WAN edge/access、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)、以及網(wǎng)絡(luò)第四到七層交換器應(yīng)用等領(lǐng)域中各種特殊應(yīng)用IC來(lái)積極地招徠網(wǎng)絡(luò)處理器。

　　這篇文章會(huì)帶領(lǐng)讀者看看一些由國(guó)際PICMG?協(xié)會(huì)（PCI Industrial Computer Manufacturers Group）所訂定的規(guī)范在網(wǎng)絡(luò)處理器的領(lǐng)域有何代表性應(yīng)用，我們會(huì)以ATM轉(zhuǎn)換IP的應(yīng)用來(lái)當(dāng)做范例。

網(wǎng)絡(luò)處理器數(shù)據(jù)的傳輸接口

　　在標(biāo)準(zhǔn)的CompactPCI平臺(tái)運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)處理器時(shí)，第一項(xiàng)挑戰(zhàn)是如何處理網(wǎng)絡(luò)處理器的數(shù)據(jù)傳輸接口，網(wǎng)絡(luò)處理器一般是以封包為基本接口來(lái)連接各實(shí)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(duì)于更趨復(fù)雜的未來(lái)，有些接口也提供單一接口支持多實(shí)體層裝置的multi-PHY模式。

　　讀者會(huì)發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)處理器對(duì)于主數(shù)據(jù)傳輸路徑的接口形式與傳統(tǒng)CompactPCI板卡使用的PCI總線(xiàn)是非常不同的。早期就采納CompactPCI作為網(wǎng)絡(luò)處理器的人士認(rèn)定，未來(lái)必須要提供一個(gè)可支持封包數(shù)據(jù)傳輸?shù)膹椥越涌凇?br>
　　下圖是使用Intel IPX2400的范例，說(shuō)明規(guī)劃時(shí)可能要處理的一些接口。請(qǐng)注意，許多網(wǎng)絡(luò)處理器允許接口被設(shè)定成可支持多種不同的傳輸，以下只是其中一種可能的設(shè)定范例。

　　在上面這個(gè)例子中，Utopia總線(xiàn)最后會(huì)連接到一個(gè)ATM實(shí)體層的裝置，且為了考量IP流量，SPI-3接口會(huì)連接到兩個(gè)以太網(wǎng)絡(luò)的實(shí)體層。我們可使用I/O Mezzanine以提供ATM實(shí)體層的連接，讓這些實(shí)體層更具靈活性。

I/O Mezzanines

　　CompactPCI 以及 VME板卡的研發(fā)人員，常使用PMC插槽作為提供額外I/O擴(kuò)充力的方法，PMC可附加在板卡上，以擴(kuò)充板卡的I/O 酬載。典型的PMC包含了大量?jī)?chǔ)存裝置、網(wǎng)絡(luò)，以及一般的I/O。

　　PMC的規(guī)格是以PCI總線(xiàn)擔(dān)任板卡與PMC模塊間的接口。選擇PCI為接口是因?yàn)镻CI相當(dāng)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(duì)CompactPCI 以及 VME市場(chǎng)提供了相當(dāng)大的助益，但卻缺乏了網(wǎng)絡(luò)處理器所需、以封包格式傳輸數(shù)據(jù)的接口。

　　在2001年8月，PICMG協(xié)會(huì)提出了PICMG 2.15 PCI Telecom Mezzanine Card (PTMC)的規(guī)范，這項(xiàng)規(guī)格不但打算支持四個(gè)普遍的工業(yè)規(guī)格電信總線(xiàn)接口 (H.110、Utopia Level 2、POS-PHY與RMII)，且支持現(xiàn)有的32及64位PCI總線(xiàn)。在2002年底，PICMG協(xié)會(huì)發(fā)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(guò)將以太網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充力由4個(gè)增加到7個(gè)，來(lái)提高TDM 及UTOPIA配置法的數(shù)量。PICMG 2.15提供的彈性，也就是容易使用。

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

　　當(dāng)使用PTMC時(shí)，驗(yàn)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(jù)它的配置形式來(lái)決定的。舉例而言，一個(gè)PTMC及載板支持「配置5 (Configuration 5)」（兩個(gè)以太網(wǎng)絡(luò)及32位PCI接口）會(huì)稱(chēng)為PT5MC，而載板則被稱(chēng)為PT5CC。值得注意的是，PMC 可用來(lái)支持rear I/O的I/O line數(shù)量，是根據(jù)不同配置型態(tài)而定，選擇PTMC時(shí)，需要考量到接口與rear I/O的需求。

　　我們來(lái)看看下面PT4MC的區(qū)塊圖。這張圖提供了四個(gè)OC-3的界面，同時(shí)使用Utopia level 2來(lái)互相聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)處理器。

　　在這個(gè)例子中，Utopia總線(xiàn)是封包傳輸?shù)闹饕獢?shù)據(jù)傳輸路徑，PCI總線(xiàn)是用來(lái)設(shè)定與控制IXF6012，透過(guò)使用了PTMC，設(shè)計(jì)工程師可提供各種連接到網(wǎng)絡(luò)處理器的實(shí)體層更多彈性。

PICMG 2.16

　　在這篇應(yīng)用的下一段是關(guān)于IP數(shù)據(jù)傳輸。基于系統(tǒng)容錯(cuò)備援的概念，這個(gè)IP傳輸應(yīng)該要具有以太網(wǎng)絡(luò)的備援，以及足夠處理所需流量的頻寬。

　　在2001年9月，PICMG協(xié)會(huì)認(rèn)可了PICMG 2.16 Packet Switched Backplane規(guī)格，這份規(guī)格定義了CompactPCI板卡可透過(guò)雙重 10/100/1000Mbit以太網(wǎng)絡(luò)互相連系。與PICMG 2.16兼容的系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)用在多種應(yīng)用領(lǐng)域中，而以太網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系的本質(zhì)以及IP封包傳輸?shù)男枨�，也在系統(tǒng)供貨商之中獲得較高階的采用。

　　下圖表達(dá)的是IP聯(lián)機(jī)的架構(gòu)。值得關(guān)注的是，這個(gè)范例已經(jīng)將PCI總線(xiàn)從CompactPCI系統(tǒng)中移除�？深A(yù)見(jiàn)的，整個(gè)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)開(kāi)始由PCI轉(zhuǎn)變?yōu)榭陕?lián)機(jī)并處理IP流量的平臺(tái)，下面是個(gè)可能的成品范例。

PICMG 2.0 與 PICMG 2.16 架構(gòu)

　　在創(chuàng)造一塊可將ATM轉(zhuǎn)換為IP的CompactPCI板卡時(shí)，有的人可能會(huì)想要在過(guò)去討論過(guò)的內(nèi)容之外，再一些有彈性的功能。在許多案例里，一些應(yīng)用或許需要一般額外的運(yùn)算能力以處理異常的封包，而只要增加一個(gè)額外的PMC 插槽來(lái)支持處理器的PMC卡即可。為了測(cè)試，有的使用者可能想要透過(guò)板卡前端來(lái)存取IP流量，有些板卡前端的以太網(wǎng)絡(luò)接頭，可能只用來(lái)發(fā)送 IP流量。在這個(gè)案例中，PTMC將不會(huì)派上用場(chǎng)。下面的區(qū)塊圖，會(huì)呈現(xiàn)一個(gè)有彈性、一般用途的網(wǎng)絡(luò)處理器刀片。

凌華科技 cPCI-6240 區(qū)塊圖

總結(jié)

　　網(wǎng)絡(luò)處理器的部分就討論到這邊，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)存在至今且目前使用在需要操作或路由封包數(shù)據(jù)的應(yīng)用中。一些合用的標(biāo)準(zhǔn)包括了PICMG 2.0 CompactPCI規(guī)格、PICMG 2.16 Packet Switched Backplane規(guī)格，以及PICMG 2.15 PCI Telecom Mezzanine Card規(guī)格。

　　在這個(gè)范例中，ATM 封包（cell）可透過(guò)PTMC卡上的系統(tǒng)訊框器 (framer)來(lái)緩沖，PTMC與網(wǎng)絡(luò)處理器板卡使用Utopia level 2在彼此間傳輸數(shù)據(jù)。以太網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)轍器與實(shí)體層為PICMG 2.16 的IP流通提供了備援的連結(jié)。接下來(lái)，這篇文章遺失的那塊拼圖是自動(dòng)保護(hù)切換 (Automatic Protection Switching，APS)。大多數(shù)處理ATM的應(yīng)用在卡片層面都需要有備援裝置，這需要兩塊網(wǎng)絡(luò)處理器板卡共享彼此的狀態(tài)信息。如此，當(dāng)遇到故障狀態(tài)時(shí)，備用的網(wǎng)絡(luò)處理器板卡才可在最少的時(shí)間與數(shù)據(jù)損失下接管系統(tǒng)。這就是留待各位讀者思考的習(xí)題了。

凌華科技供稿 CTI論壇編輯

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