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

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1 bcm56500结构框图

由图1可以看出，bcm56500芯片由以下一些主要功能模块组成。

(1)千兆接口控制器(gpic)：用于提供千兆接口与交换逻辑之间的接口。

(2)cpu管理接口(cmic)：主要提供cpu与bcm56500设备不同功能块之间的接口，同时也用于诸如miim、i²c和指示灯的处理等功能。该模块通过pci总线接口与cpu相连，可使cpu访问和控制bcm56500。

(3)地址解析逻辑(arl)：该逻辑功能模块可在数据包的基础上确定该数据包的转发策略。它利用二层表(l2_table)、二层组播表(l2_mctable)、三层表(l3_table)、三层最长前缀匹配表(def_ip_hi和def_ip_lo)、三层接口表(l3_intf)、ip组播表(l3_ipmc)、vlan表(vlan)以及生成树表(vlan_stag)来决定如何转发数据包。

(4)公共缓冲池(cbp)：公共缓冲池实际上是2mb共享的包缓冲区，由8192个单元组成，每个单元256字节。设备里的每个数据包消耗一至多个单元。

(5)内存管理单元(mmu)：bcm56500有一个单独的内存管理单元，每个内存管理单元与设备的功能块(gpic)等相关联。内存管理单元负责数据包的缓冲和调度，它首先接收数据包，然后再将数据包缓冲，并在发送时加以调度，同时它还管理交换单元的流控特性，概括来说，就是缓冲逻辑、调度逻辑、流控逻辑。缓冲逻辑从cp-bus接收包并存放在公共缓冲池，同样也从公共缓冲池获取包并将它们发送到cp-bus。包的发送顺序由调度逻辑根据包的优先级别确定。流控逻辑包括head-of-line(hol)阻塞预防和backpressure两种方式。

这些功能模块之间可通过cp-bus和s-channel这两条内部总线联系起来。其中cp-bus用于芯片内数据包的高速传输，它支持所有端口的同时线速转发。而s-channel bus则有两个作用，第一是用于内存管理单元到其他功能块的流控；第二是通过cpu管理接口由cpu控制访问内部寄存器和表，以及通过过滤器选送特殊数据包到cpu并由cpu发送特定数据包到端口以实现三层功能。

板级高端口密度lan switch硬件设计

图2 交换板硬件结构图

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