基于ATCA架構(gòu)的可重構(gòu)通信處理機(jī)設(shè)計(jì)*

何贊園，王 凱，吉立新，李海濤

(國家數(shù)字交換系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，鄭州450002)

隨著數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)的應(yīng)用越來越廣泛，為了縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高產(chǎn)品的性能，通信設(shè)備供應(yīng)商越來越多地選擇基于標(biāo)準(zhǔn)通信平臺(tái)進(jìn)行業(yè)務(wù)的開發(fā)和設(shè)計(jì)。全球PCI工業(yè)計(jì)算機(jī)制造組織(PCI Industrial Computer Manufacturers Group，PICMG)制定了一系列的協(xié)議[1－2]來逐步完善和規(guī)劃相應(yīng)的設(shè)備平臺(tái)應(yīng)用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。近年來，基于先進(jìn)電信計(jì)算機(jī)架構(gòu)(Advanced Telecom Computing Architecture，ATCA)平臺(tái)的應(yīng)用越來越廣泛，該架構(gòu)正在逐漸成長為新一代主流電信級(jí)模塊化通信平臺(tái)。

MPC8548E是Freescale公司基于PowerPC架構(gòu)的PowerQUICC III芯片，該芯片廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、電信通信以及無線網(wǎng)絡(luò)中。借助ATCA平臺(tái)豐富的數(shù)據(jù)接口和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)交換能力，選擇MPC8548E作為處理機(jī)，通過以太網(wǎng)交換機(jī)以及PCI－E(PCI Express)橋的設(shè)計(jì)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)基于ATCA架構(gòu)的 MPC8548E可重構(gòu)系統(tǒng)，可充分發(fā)揮MPC8548E的效率，給用戶提供一個(gè)擴(kuò)展靈活、功能多樣化、可重構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)通信處理機(jī)平臺(tái)。

1 ATCA系統(tǒng)的特點(diǎn)

ATCA系統(tǒng)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交換互連結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)內(nèi)部的各個(gè)節(jié)點(diǎn)板(Node)的接口信道均使用低壓差分信號(hào)(Low Voltage Differential Signaling，LVDS)差分對(duì)，具有相同的電氣特性，該信號(hào)可達(dá)到3.125 GHz，數(shù)據(jù)編碼使用8b/10b編碼機(jī)制[1－2]。各節(jié)點(diǎn)板可根據(jù)需要安裝在任意指定槽位，ATCA平臺(tái)各節(jié)點(diǎn)板的交換互連拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為雙星型、雙雙星型、和全網(wǎng)狀[1－2]3 種。ATCA 系統(tǒng)支持熱插拔和冗余備份，此外還支持不同通信協(xié)議之間的互連，物理接口包括以太網(wǎng)和光纖傳輸、InfiniBand、RapidIO、PCI－E 等多種基于 LVDS 傳輸?shù)母咚傩盘?hào)。

ATCA架構(gòu)的不足之處在于基礎(chǔ)成本較高，占用空間較大，設(shè)備管理和冷卻供電都比較復(fù)雜，ATCA系統(tǒng)更適用于大規(guī)模、集中式的電信應(yīng)用。因此，基于ATCA架構(gòu)構(gòu)造一種接口可靈活擴(kuò)展、功能可重構(gòu)的通信系統(tǒng)處理機(jī)就顯得很有必要，不但能夠極大發(fā)揮ATCA平臺(tái)效能，而且有效降低產(chǎn)品的投入成本，大大縮短開發(fā)周期。

2 系統(tǒng)通信模型的提出

電信級(jí)的通信平臺(tái)通常采用主備的方式來提高設(shè)備的可靠性。基于ATCA架構(gòu)的通信系統(tǒng)大多選擇具有雙星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕粨Q背板，在該網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞耐ㄐ畔到y(tǒng)中，采用主、備用兩塊網(wǎng)絡(luò)通信處理機(jī)，各自提供兩個(gè)雙星型的通信網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)是基于Base平面通信，一個(gè)是基于Fabric平面通信，通過主備用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋺?yīng)用提高設(shè)備的可靠性。系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)板通過自身的Base和Fabric通道來完成與主備用網(wǎng)絡(luò)通信處理機(jī)的信息交互。圖1是一個(gè)典型的基于ATCA架構(gòu)的雙星型網(wǎng)絡(luò)通信模型，包括主備用兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信處理機(jī)，可以和所有節(jié)點(diǎn)板互連。網(wǎng)絡(luò)通信處理機(jī)的Base通道采用10/100/1000M Base－T的以太網(wǎng)通信形式，F(xiàn)abric通道采用高速并串行和串并行轉(zhuǎn)換器(SERializer/DESerializer，SerDes)接口(如采用1000M Base－X形態(tài))完成數(shù)據(jù)通信，該接口信號(hào)符合LVDS的電氣特性。

圖1 ATCA系統(tǒng)雙星型網(wǎng)絡(luò)通信模型Fig.1 Double－star network communication model for ATCA system

在節(jié)點(diǎn)板內(nèi)部，通常采用符合 AMC(ATCA Mezzanine Card)[1－2]規(guī)范的板卡實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)板的業(yè)務(wù)擴(kuò)展與重構(gòu)，ATCA和AMC規(guī)范定義了系統(tǒng)內(nèi)部互連的標(biāo)準(zhǔn)也是基于LVDS傳輸?shù)母咚俅行盘?hào)，如InfiniBand、RapidIO、PCI－E 和以太網(wǎng)交換等。

基于ATCA架構(gòu)的MPC8548E可重構(gòu)通信處理機(jī)設(shè)計(jì)，采用以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)板和系統(tǒng)主備用網(wǎng)絡(luò)通信的信息交互，通過虛擬局域網(wǎng)(Virtual Local Area Network，VLAN)的設(shè)置應(yīng)用，提高了節(jié)點(diǎn)板的性能，擴(kuò)大了處理機(jī)的應(yīng)用范圍，主處理器和AMC板卡協(xié)處理器的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)交換機(jī)來實(shí)現(xiàn)，采用PCI－E橋?qū)崿F(xiàn)了管理和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的分離，有利于提高處理機(jī)的穩(wěn)定性。根據(jù)以上內(nèi)容，本文提出了如圖2所示的通信系統(tǒng)模型。

圖2 ATCA系統(tǒng)AMC板卡的通信模型Fig.2 The communication model of AMC board on ATCA system

3 基于ATCA架構(gòu)的MPC8548E可重構(gòu)通信處理機(jī)設(shè)計(jì)

3.1 MPC8548E的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

MPC8548E是Freescale公司基于PowerPC架構(gòu)的PowerQUICCIII芯片，內(nèi)部集成有第2代的e500內(nèi)核，該芯片提供一個(gè)雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算的加速處理器(Accelerated Processing Unit，APU)，512K 的兩層緩沖，可提供4個(gè)10/100/1000M自適應(yīng)的以太網(wǎng)口，集成一個(gè)雙倍數(shù)據(jù)率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory，DDR SDRAM)/第 2代雙倍數(shù)據(jù)率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(Double Data Rate Two Synchronous Dynamic Random Access Memory，DDR2 SDRAM)控制器，最多可支持64 b的外設(shè)部件互連標(biāo)準(zhǔn)(Peripheral Component Interconnect，PCI)總線，最大可提供×8的PCI－E以及×1或×4的RapidIO高速串行接口，另外還提供了豐富的輸入/輸出(Input/Output，I/O)接口以及兩線式串行總線(Interintegrated Circuit，I2C)接口。

結(jié)合MPC8548E的網(wǎng)絡(luò)通信處理能力，選擇以太網(wǎng)交換機(jī)和PCI－E橋來實(shí)現(xiàn)該處理機(jī)和ATCA系統(tǒng)的主備用網(wǎng)絡(luò)通信處理機(jī)的信息交互以及板載主處理機(jī)和AMC板卡的協(xié)處理機(jī)之間的數(shù)據(jù)交互，提出了如圖3所示的通信模型。

圖3 MPC8548E通信系統(tǒng)模型Fig.3 The communication system model of MPC8548E

圖3 系統(tǒng)中，MPC8548E的外圍包括基于DDR2 SDRAM總線1 024 MB的DDR2 SDRAM，以及Local Bus總線的64 MB SDRAM，都可作為單板CPU的運(yùn)行程序空間，基于Local Bus總線設(shè)計(jì)的用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的16 MB的Flash，以及512 KB的 Boot Flash，同時(shí)系統(tǒng)中還需要實(shí)現(xiàn)MPC8548E網(wǎng)絡(luò)通信功能的4個(gè)增強(qiáng)型的三速以太網(wǎng)控制器(enhanced Three－Speed Ethernet Controllers，eTSEC)通道的以太網(wǎng)接口，通過以太網(wǎng)交換機(jī)交換實(shí)現(xiàn)與協(xié)處理器以及系統(tǒng)主備用網(wǎng)絡(luò)通信處理機(jī)的數(shù)據(jù)交互，通過PCI－E橋?qū)崿F(xiàn)與AMC板卡協(xié)處理器的數(shù)據(jù)通信。該處理機(jī)內(nèi)部其他部分還包括配置電路、時(shí)鐘處理電路以及供電系統(tǒng)，處理機(jī)的可重構(gòu)性通過標(biāo)準(zhǔn)AMC板卡的擴(kuò)展使用來實(shí)現(xiàn)。

該系統(tǒng)采用從Local Bus總線的Boot Flash的啟動(dòng)方式，啟動(dòng)方式需要在MPC8548E的配置字方面進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置。此Boot Rom的程序完成了對(duì)MPC8548E最精簡系統(tǒng)的初始化，實(shí)現(xiàn) DDR2 SDRAM的初始化、對(duì)各個(gè)片選的訪問方式的配置初始化，以及以太網(wǎng)口基本功能初始化。CPU完成引導(dǎo)后，MPC8548E最小系統(tǒng)就可以運(yùn)轉(zhuǎn)，通過串口可以對(duì)各個(gè)外設(shè)進(jìn)行相應(yīng)的訪問與設(shè)置，根據(jù)需要完成相應(yīng)功能的基本測(cè)試。實(shí)際運(yùn)行過程中，需通過以太網(wǎng)口將相應(yīng)的運(yùn)行程序以及數(shù)據(jù)加載到DDR2 SDRAM中去，完成整個(gè)系統(tǒng)程序和數(shù)據(jù)的更新以及固化操作。

3.2 處理機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

典型的節(jié)點(diǎn)板在ATCA系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)，除了通過Base通道和系統(tǒng)主備用網(wǎng)絡(luò)通信處理機(jī)通信交互管理消息外，還有用于數(shù)據(jù)交互的兩個(gè)Fabric通道(雙星型ATCA系統(tǒng))或4個(gè)Fabric通道(雙雙星型ATCA系統(tǒng))。通常情況下，業(yè)務(wù)功能板上可提供1～4個(gè)AMC板卡的擴(kuò)展。本文設(shè)計(jì)的基于ATCA架構(gòu)的MPC8548E通信系統(tǒng)處理機(jī)可作為ATCA系統(tǒng)中靈活應(yīng)用的多種功能節(jié)點(diǎn)板使用，提供的資源包括:

(1)提供兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)AMC板卡位置，每個(gè)AMC板卡支持1個(gè)×1的PCI－E通道;

(2)提供6個(gè)以太網(wǎng)形態(tài)的通信信道，作為通用的業(yè)務(wù)處理板，完成系統(tǒng)中兩個(gè)主備用網(wǎng)絡(luò)通信處理機(jī)的管理平面(Base)和業(yè)務(wù)平面(Fabric)連接，也可以應(yīng)用于雙雙星型的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)4個(gè)業(yè)務(wù)平面的數(shù)據(jù)交互;

(3)單板設(shè)計(jì)應(yīng)用了Vitesse公司的VSC7390作為整個(gè)處理機(jī)單板的核心交換，該芯片共提供24個(gè)以太網(wǎng)口，連接單板各種端口，可以根據(jù)應(yīng)用靈活配置，其中8個(gè)內(nèi)置物理層(Physical，PHY)接口可直接支持Base格式的通信，其余16個(gè)口可直接和支持串行吉比特介質(zhì)獨(dú)立接口(Serial Gigabit Media Independent Interface，SGMII)通信接口的芯片直接通信。綜合上述系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)資源，VSC7390的以太網(wǎng)口分配如圖4所示。

圖4 單板以太網(wǎng)交換網(wǎng)絡(luò)分配Fig.4 Board ethernet switching network assignment

基于VSC7390的以太網(wǎng)交換網(wǎng)絡(luò)，可提供以太網(wǎng)兩層交換，具備VLAN的功能設(shè)置，利用VLAN功能，一方面可以降低網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷，提高網(wǎng)絡(luò)的效率，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩耘c靈活性;另一方面，可以降低主控制器的處理時(shí)間，提高整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的通信能力。VLAN功能的應(yīng)用是本文基于ATCA系統(tǒng)的MPC8548E的處理的一個(gè)顯著特點(diǎn)。來自ATCA系統(tǒng)主備用網(wǎng)絡(luò)通信處理機(jī)的數(shù)據(jù)可根據(jù)要求直接送達(dá)AMC板卡的協(xié)處理機(jī)，不需要經(jīng)過MPC8548E預(yù)處理，這樣可以大大提高單板處理機(jī)的處理效率，極大提高了單板處理數(shù)據(jù)的能力。

圖4中，連接系統(tǒng)主備用網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)Base接口和兩個(gè)擴(kuò)展功能的以太網(wǎng)口直接采用VSC7390的自身集成PHY來完成，其他連接MPC8548E的4個(gè)網(wǎng)口、連接兩個(gè)AMC擴(kuò)展板卡的8個(gè)網(wǎng)口，以及連接ATCA系統(tǒng)背板的雙雙星型網(wǎng)絡(luò)的4個(gè)Fabric接口都采用SGMII的協(xié)議進(jìn)行信息交互。

MPC8548E的4個(gè)以太網(wǎng)口，其中兩個(gè)為吉比特介質(zhì)獨(dú)立接口(Gigabit Media Independent Interface，GMII)，通過配置可設(shè)置為精簡吉比特介質(zhì)獨(dú)立接口(Reduced Gigabit Media Independent Interface，RMII);另外兩個(gè)為RGMII接口，4個(gè)網(wǎng)口均為內(nèi)置MAC層，接口的協(xié)議遵循RGMII格式，無法直接和VSC7390的SGMII格式對(duì)接。在設(shè)計(jì)中使用Vitesse公司的VSC8224(該芯片提供4個(gè)RGMII接口到1000M Base－X或者1000M Base－T通信格式的轉(zhuǎn)換)將MPC8548E的RGMII接口轉(zhuǎn)換為1000M Base－X的格式;選擇Vitesse公司的VSC8558可以實(shí)現(xiàn)8 PORT的SGMII到1000M Base－X的轉(zhuǎn)換，其中的4個(gè)PORT通過VSC8224實(shí)現(xiàn)和MPC8548E的通信;選擇VSC8558的另外4 PORT來完成和系統(tǒng)背板的雙雙星型網(wǎng)絡(luò)的Fabric接口通信。

為了提高單板硬件資源的可重構(gòu)性，ATCA單板提供了和AMC板卡通信的以太網(wǎng)口，該網(wǎng)口的通信格式遵循SGMII格式，每個(gè)AMC板卡都提供4個(gè)SGMII接口。

3.3 以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)中VLAN功能的應(yīng)用

在基于MPC8548E的ATCA單板系統(tǒng)中，通常的做法是使用CPU自身的4個(gè)以太網(wǎng)口，設(shè)計(jì)成雙星型的交換架構(gòu)，完成單板和ATCA系統(tǒng)背板的通信，采用CPU的SRIO或者PCI－E等高速串行通道完成對(duì)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)處理。這種應(yīng)用方式的數(shù)據(jù)處理瓶頸是受限于CPU的處理能力，會(huì)增加CPU的消息處理負(fù)荷。在本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)在進(jìn)入單板處理時(shí)，可根據(jù)相應(yīng)的規(guī)則要求，通過VLAN功能的設(shè)置，完成數(shù)據(jù)包的指定轉(zhuǎn)發(fā)，這樣不但會(huì)減輕CPU的數(shù)據(jù)處理負(fù)荷，還會(huì)進(jìn)一步提高單板的業(yè)務(wù)處理能力。通過VLAN的功能應(yīng)用，可以將來自ATCA系統(tǒng)交換單板的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流，根據(jù)規(guī)則要求靈活指定到AMC1或者AMC2的協(xié)處理機(jī)。通常情況下，AMC可以很容易地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能擴(kuò)展以及模塊化設(shè)計(jì)應(yīng)用，通過AMC模塊的應(yīng)用可以很方便地實(shí)現(xiàn)各種類似CPU、DSP模塊、網(wǎng)絡(luò)處理器(NPU)、存儲(chǔ)模塊，以及各種各樣的I/O模塊。通過ATCA單板VLAN的設(shè)置，可以直接將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)消息輸送給AMC模塊進(jìn)行相應(yīng)的處理，可進(jìn)一步提高本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)的多功能應(yīng)用能力。

3.4 采用PCI－E通信格式實(shí)現(xiàn)控制

該處理機(jī)為了提高M(jìn)PC8548E通信處理機(jī)擴(kuò)展性能，提供較高的數(shù)據(jù)傳輸能力，設(shè)計(jì)應(yīng)用了PCI－E的高速串行接口，數(shù)據(jù)連接的優(yōu)先級(jí)和數(shù)據(jù)傳輸率可以預(yù)先確定。

系統(tǒng)中選擇IDT公司的89HPES8T5A芯片，可提供8 lane、5個(gè) PORT的應(yīng)用接口，可以完成5 PORT的基于PCI－E數(shù)據(jù)格式的交換，其中上聯(lián)口為×4，下聯(lián)口為×1。系統(tǒng)基于PCI－E格式通信的模型如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)基于PCI－E通信模型Fig.5 Communication system model based on PCI－E

在實(shí)際應(yīng)用過程中，ATCA單板上MPC8548E作為該處理機(jī)的主處理器，可對(duì)AMC子卡進(jìn)行管理，完成協(xié)處理器的程序更新、設(shè)備管理、日常維護(hù)等。PCI－E通道除了可以完成控制消息的傳送外，也可進(jìn)行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的交互，通過PCI－E通道的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步擴(kuò)展了該系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。

3.5 MPC8548E驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)

MPC8548E的通信系統(tǒng)處理機(jī)的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，除了完成主CPU的正常運(yùn)行以外，還涉及到對(duì)VSC7390、VSC8224、VSC8558、89HPES8T5A 等外設(shè)的管理，以及和ATCA系統(tǒng)處理機(jī)進(jìn)行信息交互。

系統(tǒng)中所有外設(shè)芯片口都可以通過MPC8548E的管理來完成，進(jìn)一步提高了單板作為多功能用途時(shí)的靈活性。VSC8224作為MPC8548E自身的PHY設(shè)備，可通過RGMII接口的管理口來完成。通過MPC8548E的總線外設(shè)擴(kuò)展，完成對(duì)VSC7390的控制，從而達(dá)到初始化設(shè)置以及VLAN功能的配置應(yīng)用。VSC8558作為VSC7390的PHY設(shè)備，可以通過管理口來完成相應(yīng)配置;MPC8548E通過slave接口的SMBus(System Management BUS)總線來完成對(duì)PCI－E橋設(shè)備芯片89HPES8T5A的初始化配置。

MPC8548E初始化VSC8224時(shí)，需要完成下面的關(guān)鍵設(shè)置:

按照上述的操作，需要再完成另外3個(gè)PHY端口的初始化。

VSC7390的初始化按照MPC8548E的LOCAL BUS的工作方式完成控制操作，CPU通過VSC7390的管理通道(MDC和MDIO)完成VSC8558的初始化，將與VSC8224對(duì)接的4個(gè)端口的初始化，需要設(shè)置為1000M－BASEX的工作模式。

MPC8548E的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，使用基于PowerPC處理器的Linux系統(tǒng)[3]。該操作系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)是能夠?qū)λ谢赑owerPC處理器系統(tǒng)進(jìn)行支持，其中斷處理子系統(tǒng)可支持信息處理中斷計(jì)數(shù)(Message Processing Interrupt Count，MPIC)架構(gòu)，使用的 Open Firmware結(jié)構(gòu)對(duì)PowerPC進(jìn)行引導(dǎo)，使用本地存儲(chǔ)器總線(Local Memory Bus，LMB)結(jié)構(gòu)對(duì)PowerPC的內(nèi)存進(jìn)行管理，在其原有源代碼結(jié)構(gòu)上，添加了許多有利于PowerPC層次化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以讓用戶增加新的處理器平臺(tái)。目前，Linux PowerPC已經(jīng)成為一個(gè)穩(wěn)定的、久經(jīng)考驗(yàn)的系統(tǒng)解決方案，因此選擇Linux PowerPC作為MPC8548E的操作系統(tǒng)。

4 系統(tǒng)完整性測(cè)試

基于ATCA架構(gòu)的MPC8548E處理器的通信處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，不但滿足了ATCA平臺(tái)的基本應(yīng)用，還通過PCI－E橋以及可以設(shè)置VLAN功能的以太網(wǎng)交換機(jī)的應(yīng)用，進(jìn)一步拓展了該通信處理系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。

設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中，通信處理系統(tǒng)的信號(hào)完整性尤為關(guān)鍵[4－5]。使用 Tektronix公司的 DPO5104 示波器對(duì)1000M以太網(wǎng)傳輸信號(hào)的電平特性進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如圖6所示。

圖6 單板和系統(tǒng)背板的接口電平信號(hào)圖Fig.6 The level signal diagram for the interface of board and system backplane

從圖6中可以看出，所測(cè)量的信號(hào)符合5電平4D－PAM編碼要求，對(duì)4個(gè)1000M以太網(wǎng)口的電平都進(jìn)行了相應(yīng)測(cè)試，結(jié)果表明都能夠滿足要求，從而證明系統(tǒng)設(shè)計(jì)保證了該單板的設(shè)計(jì)接口，符合ATCA系統(tǒng)背板的電氣特性連接要求。

使用SPIRET公司的Adtech AX/4000 Broadband Test System對(duì)以太網(wǎng)的傳輸質(zhì)量進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試流程為測(cè)試儀通過連接系統(tǒng)的BASE平面的1000M以太網(wǎng)口滿負(fù)荷發(fā)送數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包的格式為變長包，最小包為78 B，最大包為1 518 B，通過處理機(jī)上以太網(wǎng)交換機(jī)的VLAN設(shè)置對(duì)MPC8548E的處理能力以及AMC板卡協(xié)處理機(jī)的網(wǎng)絡(luò)處理能力都進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試，在CPU內(nèi)部和協(xié)處理機(jī)內(nèi)部都將數(shù)據(jù)包直接環(huán)回，測(cè)試儀再接收數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)和正確性，以此來判斷是否符合相應(yīng)的指標(biāo)要求。測(cè)試結(jié)果如圖7所示。

圖7 1000M以太網(wǎng)性能測(cè)試結(jié)果截圖Fig.7 The performance test result of 1000M ethernet

圖7 中，針對(duì)其中一個(gè)1000M以太網(wǎng)接口，測(cè)試時(shí)間為 14 h，測(cè)試儀發(fā)送的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)為7 742 081 934，字節(jié)總數(shù)為6 178 247 776 240。測(cè)試儀的接收端口到包的個(gè)數(shù)與字節(jié)數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)和測(cè)試儀發(fā)送的個(gè)數(shù)是相同的，這驗(yàn)證了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計(jì)符合入網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，保證了使用的可靠性。

通過編寫測(cè)試程序?qū)PC8548E的PCI－E進(jìn)行環(huán)回測(cè)試，數(shù)據(jù)包的誤碼率、丟包率、時(shí)延等參數(shù)都能夠滿足系統(tǒng)通信的要求，系統(tǒng)接口進(jìn)行72 h測(cè)試，無誤碼。

5 結(jié)束語

本文使用MPC8548E作為基于ATCA架構(gòu)的通信系統(tǒng)處理機(jī)，選擇具有VLAN功能的以太網(wǎng)交換機(jī)，給業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的處理提供了更多選擇，通過PCI－E橋的設(shè)計(jì)應(yīng)用，豐富了AMC板卡和ATCA單板的數(shù)據(jù)交互。通過這些功能的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，使用MPC8548E不僅可作為通用處理機(jī)的通信系統(tǒng)應(yīng)用，還可支持更為豐富靈活的應(yīng)用，通過該網(wǎng)絡(luò)通信處理機(jī)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，構(gòu)建了一種可以實(shí)現(xiàn)多種業(yè)務(wù)應(yīng)用的基礎(chǔ)通信平臺(tái)。在該單板上可以借用AMC標(biāo)準(zhǔn)板卡的接口實(shí)現(xiàn)DSP陣列的擴(kuò)展應(yīng)用，也可基于AMC標(biāo)準(zhǔn)板卡來擴(kuò)展多種功能的數(shù)據(jù)協(xié)處理應(yīng)用模式。目前，本文設(shè)計(jì)的基于 ATCA架構(gòu)的MPC8548E通信系統(tǒng)處理機(jī)已經(jīng)在軟交換通信處理平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)了主控處理機(jī)、信令處理機(jī)、媒體(包括語音、傳真、視頻等)處理機(jī)的廣泛應(yīng)用，并在增值業(yè)務(wù)服務(wù)器等方面也取得了成功應(yīng)用。

隨著大數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)需求出現(xiàn)，海量數(shù)據(jù)的處理對(duì)CPU的性能要求也越來越高，能否提供一個(gè)通用的處理機(jī)平臺(tái)，通過簡單的CPU部件的改進(jìn)，直接完成平臺(tái)性能的提升，對(duì)于后續(xù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)會(huì)十分有益。

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