路由器交換網板控制分析論文

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摘要：介紹了采用Dallas公司的高速處理器DS80C320設計和實現的路由器交換網板控制模塊，給出了控制模塊的硬件結構圖，并闡明了控制模塊對交換芯片的控制功能。

關鍵詞：高速路由器交換網板控制模塊DS80C320

近幾年來，隨著Internet規模的進一步擴大，對高性能、寬帶接入的IP路器的需求急劇增加。路由器的主要功能是數據包的轉發，該功能由交換芯片來實現。因此，需要有一個處理器來實現對交換芯片數據包轉發功能的控制，同時控制交換網板與主控機的通信，筆者采用DS80C320處理器。本系統的技術核心是如何利用EPLD產生的控制信號實現DS80C320與主控板間的通信和DS80C320對交換芯片的控制。

1高速路由器的基本結構

高速器由器主要由主控板、交換網板和線路接口板等組成。主控板是路由器的控制核心，完成整個路由器的管理和控制，直接接收網管中心的指令。交換網板在路由器中完成高速數據交換，它由交換模塊和控制模塊組成。交換模塊包括兩片交換芯片，完成數據包轉發功能；控制模塊是交換網板的控制核心，實現對網板內各功能模塊的狀態檢測和控制，保證交換芯片轉發數據包的正常工作。控制模塊與路由器的主控板通過HSCX（串行通信控制器）進行通信，完成主控板對交換網板功能請求的應答處理，還可以通過RS232串口與PC機進行通信，完成交換網板的功能調試。

2控制模塊的硬件結構

本系統的路由器交換網板控制模塊主要由DS80C320處理器和一些外圍器件組成，這些外圍器件包括EPLD、FLASH、外部RAM和HSCX通道。控制模塊的硬件結構如圖1所中虛線框部分所示。

2.1DS80C320的特點

DS80C320屬于Dallas公司的高速處理器系列。采用該芯片完成交換網板的控制功能，主要是DS80C320有以下幾個特點：（1）具有新型高速結構，最大晶振頻率33MHz，機器周期為4個時期周期（普通MCS-51系列單片機的機器周期為12個時鐘周期），從而使每條8051指令的執行速度在相同的晶振下快了3倍。（2）DS80C320與51系列單片機完全兼容，并要用標準的8051指令集，給設計與開發帶來了方便。（3）可以通過改變MOVX指針的執行時間來訪問速度不同的RAM和其他外部器件。

DS80C320提供16位地址線，可尋址64KB的數據空間和程序空間。由于DS80C320內不含片內ROM，所以程序代碼是存儲在FLASH中的。雖然目前系統的軟件不到60KB，但考慮到系統升級需要程序的擴展，選用了128KB的FLASH空間，需要17位地址線。這樣就產生處理器的尋址能力不足的問題，采用EPLD內部的20H寄存器來產生FLASH的第14、15、16位地址及片選信號和讀寫信號。128KB的FLASH空間分成了2頁，每頁有64KB，第16位地址線決定FLASH空間的頁號，DS80C320通過這種方式訪問FLASH的128KB空間。

2.2EPLD功能描述

本系統的EPLD采用ALTERA公司的EPM7512，該芯片屬于MAX7000系列。除了2.1中的尋址擴展功能外，EPLD還用作處理器與其外圍電路控制信號的接口。由于本系統的控制信號比較多，若采用普通的邏輯門電路則整個系統的連線會非常復雜，功耗也會增加。所以采用EPLD來產生DS80C320與交換芯片、FLASH和HSCX之間的控制信號和地址信號。EPLD與處理器的接口主要實現了低位地址的鎖存和一些器件的片選信號。CP_DATA[0:7]是地址和數據復用的信號，鎖存后輸出低位地址LOW_CP_ADD[0:7]。EPLD對HSCX通道的控制信號包括使能信號ENABLE_HSCX、復位信號RESET_HSCX、數據發送控制信號TXD_ENABLE等。EPLD對交換芯片的控制信號包括讀信號READ_OCM、WRITE_OCM、OCM操作類型選擇信號EMB_MODE_OUT等。

2.3DS80C320與HSCX間的通信

本系統的HSCX采SIEMENS公司的SAB82525，該芯片提供兩個全雙工的高級鏈路控制（HDLC）通道，它的最高傳輸速率可達到4Mbit/s。它用于主控板與交換網板間的數據通信，包括主控板發送、交換網板接收的功能請求，交換網板發送、主控板接收的應答及上報。由EPLD提供HSCX的數據線、地址線、使有信號和讀寫信號線。DS80C320對SAB82525的控制是通過讀寫SAB82525的內部寄存器來實現的；與HSCX之間的數據傳送采用中斷方式。當SAB82525滿足產品中斷的條件（如接收到數據幀）時，它向處理器發出中斷請求，處理器讀取中斷寄存器ISTA、EXIR確定中斷發生的原因并做出相應的處理。

3基于DS80C320的控制模塊對交換芯片的控制

采用的交換芯片PRS28G屬于IBM公司的第二代高性能包路由交換產品。其端口速率達到OC48（2.5Gbps）并具有很好的擴展性，可通過速率擴展或者端口擴展構造出更大容量的交換網絡，是數據幀和信元交換系統的理想解決方案。

交換芯片內部包含一個狀態寄存器、32個應用寄存器及一個OCM接口。OCM接口是串行接口，用于處理器編程應用寄存器或是讀取狀態寄存器內容。交換芯片與DS80C320之間的通信和控制是通過EPLD內的OCM控制接口完成的。處理器并行讀寫EPLD。而OCM與EPLD的接口是串行的，串行轉換是通過在EPLD內設置特定寄存器空間來完成的。處理器與交換芯片之間的數據傳輸過程是：處理器向EPLD特定寄存器寫數據，數據通過EPLD輸出EMB_DATA_IN串行信號，寫入OCM指令寄存器，再根據OCM的指令集定義，決定其操作，包括讀/寫應用寄存器、讀取狀態寄存器、交換芯片復位等。每次操作的結果存儲在響應寄存器中，在處理器控制下通過EMB_DATA_OUT信號移入EPLD特定地址空間，供處理器讀取。

4系統的軟件構成

此系統的軟件是由主函數及其調用的子函數和三個中斷程序組成。

4.1主函數（包括它調用的子函數）

主函數首先檢測交換網板上的各種設備，初始化整個系統，然后開始一個主循環，在系統上電狀態下程序總在這個循環中進行。在沒有中斷或復位請求的情況下，循環檢測各功能模塊的執行標志位，當標志位有效時，執行相應的功能模塊。

主函數的概要流程如圖2所示。

4.2中斷處理程序

三個中斷處理程序分別是：

（1）定時器中斷處理程序，完成周期性功能模塊標志位的產生。

（2）外部中斷1，完成來自HSCX的數據接收、存儲及應答數據的發送功能。

（3）串口中斷，實現串口數據的接收、存儲及應答數據的發送功能。

5實驗結果與討論

為檢測系統是否能夠穩定地運行，在軟件中設計了FUNC_TEST子函數。孩子函數負責向交換芯片的每個端口發送14個數據包，其中數據域的內容為隨機值，這些數據在交換芯片內部循環，形成一定的負載流量，模擬路由器的實際工作環境。經檢沒，整個系統工作穩定。處理器DS80C320完成了本交換網板控制模塊的控制功能。