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基于DS80C320的路由器交換網(wǎng)板控制模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
摘要：介紹了采用Dallas公司的高速處理器DS80C320設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的路由器交換網(wǎng)板控制模塊，給出了控制模塊的硬件結(jié)構(gòu)圖，并闡明了控制模塊對(duì)交換芯片的控制功能。關(guān)鍵詞：高速路由器交換網(wǎng)板控制模塊DS80C320
近幾年來(lái)，隨著Internet規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大，對(duì)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(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)，該功能由交換芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，需要有一個(gè)處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)交換芯片數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)功能的控制，同時(shí)控制交換網(wǎng)板與主控機(jī)的通信，筆者采用DS80C320處理器。本系統(tǒng)的技術(shù)核心是如何利用EPLD產(chǎn)生的控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)DS80C320與主控板間的通信和DS80C320對(duì)交換芯片的控制。
1高速路由器的基本結(jié)構(gòu)
高速器由器主要由主控板、交換網(wǎng)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(gè)路由器的管理和控制，直接接收網(wǎng)管中心的指令。交換網(wǎng)板在路由器中完成高速數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)功能；控制模塊是交換網(wǎng)板的控制核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)板內(nèi)各功能模塊的狀態(tài)檢測(cè)和控制，保證交換芯片轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的正常工作。控制模塊與路由器的主控板通過(guò)HSCX（串行通信控制器）進(jìn)行通信，完成主控板對(duì)交換網(wǎng)板功能請(qǐng)求的應(yīng)答處理，還可以通過(guò)RS232串口與PC機(jī)進(jìn)行通信，完成交換網(wǎng)板的功能調(diào)試。
2控制模塊的硬件結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)的路由器交換網(wǎng)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�？刂颇K的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所中虛線框部分所示。
2.1DS80C320的特點(diǎn)
DS80C320屬于Dallas公司的高速處理器系列。采用該芯片完成交換網(wǎng)板的控制功能，主要是DS80C320有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）具有新型高速結(jié)構(gòu)，最大晶振頻率33MHz，機(jī)器周期為4個(gè)時(shí)期周期（普通MCS-51系列單片機(jī)的機(jī)器周期為12個(gè)時(shí)鐘周期），從而使每條8051指令的執(zhí)行速度在相同的晶振下快了3倍。（2）DS80C320與51系列單片機(jī)完全兼容，并要用標(biāo)準(zhǔn)的8051指令集，給設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)帶來(lái)了方便。（3）可以通過(guò)改變MOVX指針的執(zhí)行時(shí)間來(lái)訪問(wèn)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(shù)據(jù)空間和程序空間。由于DS80C320內(nèi)不含片內(nèi)ROM，所以程序代碼是存儲(chǔ)在FLASH中的。雖然目前系統(tǒng)的軟件不到60KB，但考慮到系統(tǒng)升級(jí)需要程序的擴(kuò)展，選用了128KB的FLASH空間，需要17位地址線。這樣就產(chǎn)生處理器的尋址能力不足的問(wèn)題，采用EPLD內(nèi)部的20H寄存器來(lái)產(chǎn)生FLASH的第14、15、16位地址及片選信號(hào)和讀寫(xiě)信號(hào)。128KB的FLASH空間分成了2頁(yè)，每頁(yè)有64KB，第16位地址線決定FLASH空間的頁(yè)號(hào)，DS80C320通過(guò)這種方式訪問(wèn)FLASH的128KB空間。
2.2EPLD功能描述
本系統(tǒng)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(kuò)展功能外，EPLD還用作處理器與其外圍電路控制信號(hào)的接口。由于本系統(tǒng)的控制信號(hào)比較多，若采用普通的邏輯門(mén)電路則整個(gè)系統(tǒng)的連線會(huì)非常復(fù)雜，功耗也會(huì)增加。所以采用EPLD來(lái)產(chǎn)生DS80C320與交換芯片、FLASH和HSCX之間的控制信號(hào)和地址信號(hào)。EPLD與處理器的接口主要實(shí)現(xiàn)了低位地址的鎖存和一些器件的片選信號(hào)。CP_DATA[0:7]是地址和數(shù)據(jù)復(fù)用的信號(hào)，鎖存后輸出低位地址LOW_CP_ADD[0:7]。EPLD對(duì)HSCX通道的控制信號(hào)包括使能信號(hào)ENABLE_HSCX、復(fù)位信號(hào)RESET_HSCX、數(shù)據(jù)發(fā)送控制信號(hào)TXD_ENABLE等。EPLD對(duì)交換芯片的控制信號(hào)包括讀信號(hào)READ_OCM、WRITE_OCM、OCM操作類型選擇信號(hào)EMB_MODE_OUT等。
2.3DS80C320與HSCX間的通信
本系統(tǒng)的HSCX采SIEMENS公司的SAB82525，該芯片提供兩個(gè)全雙工的高級(jí)鏈路控制（HDLC）通道，它的最高傳輸速率可達(dá)到4Mbit/s。它用于主控板與交換網(wǎng)板間的數(shù)據(jù)通信，包括主控板發(fā)送、交換網(wǎng)板接收的功能請(qǐng)求，交換網(wǎng)板發(fā)送、主控板接收的應(yīng)答及上報(bào)。由EPLD提供HSCX的數(shù)據(jù)線、地址線、使有信號(hào)和讀寫(xiě)信號(hào)線。DS80C320對(duì)SAB82525的控制是通過(guò)讀寫(xiě)SAB82525的內(nèi)部寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)的；與HSCX之間的數(shù)據(jù)傳送采用中斷方式。當(dāng)SAB82525滿足產(chǎn)品中斷的條件（如接收到數(shù)據(jù)幀）時(shí)，它向處理器發(fā)出中斷請(qǐng)求，處理器讀取中斷寄存器ISTA、EXIR確定中斷發(fā)生的原因并做出相應(yīng)的處理。
3基于DS80C320的控制模塊對(duì)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(chǎn)品。其端口速率達(dá)到OC48（2.5Gbps）并具有很好的擴(kuò)展性，可通過(guò)速率擴(kuò)展或者端口擴(kuò)展構(gòu)造出更大容量的交換網(wǎng)絡(luò)，是數(shù)據(jù)幀和信元交換系統(tǒng)的理想解決方案。
交換芯片內(nèi)部包含一個(gè)狀態(tài)寄存器、32個(gè)應(yīng)用寄存器及一個(gè)OCM接口。OCM接口是串行接口，用于處理器編程應(yīng)用寄存器或是讀取狀態(tài)寄存器內(nèi)容。交換芯片與DS80C320之間的通信和控制是通過(guò)EPLD內(nèi)的OCM控制接口完成的。處理器并行讀寫(xiě)EPLD。而OCM與EPLD的接口是串行的，串行轉(zhuǎn)換是通過(guò)在EPLD內(nèi)設(shè)置特定寄存器空間來(lái)完成的。處理器與交換芯片之間的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程是：處理器向EPLD特定寄存器寫(xiě)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過(guò)EPLD輸出EMB_DATA_IN串行信號(hào)，寫(xiě)入OCM指令寄存器，再根據(jù)OCM的指令集定義，決定其操作，包括讀/寫(xiě)應(yīng)用寄存器、讀取狀態(tài)寄存器、交換芯片復(fù)位等。每次操作的結(jié)果存儲(chǔ)在響應(yīng)寄存器中，在處理器控制下通過(guò)EMB_DATA_OUT信號(hào)移入EPLD特定地址空間，供處理器讀取。
4系統(tǒng)的軟件構(gòu)成
此系統(tǒng)的軟件是由主函數(shù)及其調(diào)用的子函數(shù)和三個(gè)中斷程序組成。
4.1主函數(shù)（包括它調(diào)用的子函數(shù)）
主函數(shù)首先檢測(cè)交換網(wǎng)板上的各種設(shè)備，初始化整個(gè)系統(tǒng)，然后開(kāi)始一個(gè)主循環(huán)，在系統(tǒng)上電狀態(tài)下程序總在這個(gè)循環(huán)中進(jìn)行。在沒(méi)有中斷或復(fù)位請(qǐng)求的情況下，循環(huán)檢測(cè)各功能模塊的執(zhí)行標(biāo)志位，當(dāng)標(biāo)志位有效時(shí)，執(zhí)行相應(yīng)的功能模塊。
主函數(shù)的概要流程如圖2所示。
4.2中斷處理程序
三個(gè)中斷處理程序分別是：
（1）定時(shí)器中斷處理程序，完成周期性功能模塊標(biāo)志位的產(chǎn)生。
�。�2）外部中斷1，完成來(lái)自HSCX的數(shù)據(jù)接收、存儲(chǔ)及應(yīng)答數(shù)據(jù)的發(fā)送功能。
（3）串口中斷，實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)的接收、存儲(chǔ)及應(yīng)答數(shù)據(jù)的發(fā)送功能。
5實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
為檢測(cè)系統(tǒng)是否能夠穩(wěn)定地運(yùn)行，在軟件中設(shè)計(jì)了FUNC_TEST子函數(shù)。孩子函數(shù)負(fù)責(zé)向交換芯片的每個(gè)端口發(fā)送14個(gè)數(shù)據(jù)包，其中數(shù)據(jù)域的內(nèi)容為隨機(jī)值，這些數(shù)據(jù)在交換芯片內(nèi)部循環(huán)，形成一定的負(fù)載流量，模擬路由器的實(shí)際工作環(huán)境。經(jīng)檢沒(méi)，整個(gè)系統(tǒng)工作穩(wěn)定。處理器DS80C320完成了本交換網(wǎng)板控制模塊的控制功能。
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