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" title="網板">網板控制模塊" title="控制模塊">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" title="交換芯片">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?

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　　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路由器的需求急劇增加。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板" title="主控板">主控板的通信,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" title="控制信號">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?

　　高速路由器主要由主控板、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中虛線框部分所示。?

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2.1 DS80C320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個時鐘周期(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,并采用標準的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和其他外圍器件。?

　　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。?

2.2 EPLD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寫信號READ_OCM、WRITE_OCM、OCM操作類型選擇信號EMB_MODE_OUT等。?

2.3 DS80C320與HSCX間的通信?

　　本系統的HSCX采用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4M bit/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、使能信號和讀寫信號線。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滿足產生中斷的條件(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,串并轉換是通過在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運行。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。?

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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?

　　為檢測該系統是否能夠穩定地運行,在軟件中設計了FUNC_TEST子函數。該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。經檢測,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。?

參考文獻?

1 High-Speed Microcontroller Data Book. Dallas semiconductor,1995?

2 李朝青.單片機原理及接口技術. 北京:北京航空航天大學出版社,1999.6?