網(wǎng)絡(luò )處理器（Network Processor）與CompactPCI
Jeff Munch
2003/04/18
English Version
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)處理封包格式的數據。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 )基礎建設、以及網(wǎng)絡(luò )第四到七層交換器應用等領(lǐng)域中各種特殊應用IC來(lái)積極地招徠網(wǎng)絡(luò )處理器。
這篇文章會(huì )帶領(lǐng)讀者看看一些由國際PICMG?協(xié)會(huì )（PCI Industrial Computer Manufacturers Group）所訂定的規范在網(wǎng)絡(luò )處理器的領(lǐng)域有何代表性應用，我們會(huì )以ATM轉換IP的應用來(lái)當做范例。
網(wǎng)絡(luò )處理器數據的傳輸接口
在標準的CompactPCI平臺運用網(wǎng)絡(luò )處理器時(shí)，第一項挑戰是如何處理網(wǎng)絡(luò )處理器的數據傳輸接口，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）。對于更趨復雜的未來(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，網(wǎng)絡(luò )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(xiàn)是非常不同的。早期就采納CompactPCI作為網(wǎng)絡(luò )處理器的人士認定，未來(lái)必須要提供一個(gè)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(shuō)明規劃時(shí)可能要處理的一些接口。請注意，許多網(wǎng)絡(luò )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(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?jì)Υ嫜b置、網(wǎng)絡(luò )，以及一般的I/O。
PMC的規格是以PCI總線(xiàn)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(chǎng)提供了相當大的助益，但卻缺乏了網(wǎng)絡(luò )處理器所需、以封包格式傳輸數據的接口。
在2001年8月，PICMG協(xié)會(huì )提出了PICMG 2.15 PCI Telecom Mezzanine Card (PTMC)的規范，這項規格不但打算支持四個(gè)普遍的工業(yè)規格電信總線(xiàn)接口
(H.110、Utopia Level 2、POS-PHY與RMII)，且支持現有的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 )擴充力由4個(gè)增加到7個(gè)，來(lái)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(huì )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(guò)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(shí)，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(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數量，是根據不同配置型態(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)是封包傳輸的主要數據傳輸路徑，PCI總線(xiàn)是用來(lái)設定與控制IXF6012，透過(guò)使用了PTMC，設計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
在這篇應用的下一段是關(guān)于IP數據傳輸。基于系統容錯備援的概念，這個(gè)IP傳輸應該要具有以太網(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 )認可了PICMG 2.16 Packet Switched Backplane規格，這份規格定義了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兼容的系統已經(jīng)運用在多種應用領(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(lián)機的架構。值得關(guān)注的是，這個(gè)范例已經(jīng)將PCI總線(xiàn)從CompactPCI系統中移除。可預見(jiàn)的，整個(gè)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)開(kāi)始由PCI轉變?yōu)榭陕?lián)機并處理IP流量的平臺，下面是個(gè)可能的成品范例。
PICMG 2.0 與 PICMG 2.16 架構
在創(chuàng )造一塊可將ATM轉換為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(gè)額外的PMC
插槽來(lái)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(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)。下面的區塊圖，會(huì )呈現一個(gè)有彈性、一般用途的網(wǎng)絡(luò )處理器刀片。
凌華科技 cPCI-6240 區塊圖
總結
網(wǎng)絡(luò )處理器的部分就討論到這邊，工業(yè)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(gè)范例中，ATM 封包（cell）可透過(guò)PTMC卡上的系統訊框器 (framer)來(lái)緩沖，PTMC與網(wǎng)絡(luò )處理器板卡使用Utopia
level 2在彼此間傳輸數據。以太網(wǎng)絡(luò )轉轍器與實(shí)體層為PICMG 2.16 的IP流通提供了備援的連結。接下來(lái)，這篇文章遺失的那塊拼圖是自動(dòng)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(wǎng)絡(luò )處理器板卡共享彼此的狀態(tài)信息。如此，當遇到故障狀態(tài)時(shí)，備用的網(wǎng)絡(luò )處理器板卡才可在最少的時(shí)間與數據損失下接管系統。這就是留待各位讀者思考的習題了。
凌華科技供稿 CTI論壇編輯
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