利用接口芯片GT-48330實現(xiàn)對網(wǎng)管交換機的控制和管理

1　引　言

交換機是局域網(wǎng)最重要的網(wǎng)絡(luò)連通設(shè)備，局域網(wǎng)的管理大多會涉及交換機的管理。交換機分為可網(wǎng)管交換機和不可網(wǎng)管交換機，這兩種交換機的區(qū)別主要在是否能被管理。這里的管理是指通過管理端口執(zhí)行監(jiān)控交換機端口狀態(tài)、劃分VLAN、設(shè)置Trunk等操作，可以被管理的交換機就是網(wǎng)管交換機。網(wǎng)管交換機可以通過串口、Web（網(wǎng)絡(luò)瀏覽器）和網(wǎng)管軟件來管理。

網(wǎng)管交換機的內(nèi)部大致結(jié)構(gòu)如圖1所示。

其工作原理：端口進(jìn)來的數(shù)據(jù)包先到交換芯片，交換芯片判定是否是管理包，若不是則通過其他端口轉(zhuǎn)發(fā)出去；若是，則傳送給接口芯片，由接口芯片傳給CPU進(jìn)行處理。同時，一些由CPU產(chǎn)生的管理包要通過接口芯片傳給交換芯片，用來控制交換芯片，或者通過端口發(fā)送出去。總地來說，接口芯片主要起到了CPU和交換機芯片間的橋梁作用。

接口芯片和CPU之間通常是通過PCI總線或一 般的數(shù)據(jù)／地址總線相連的，和交換芯片間的接口形式主要看交換芯片的接口，不同廠家的交換芯片具有不 同的接口。本文主要討論如何使用低功耗的接口芯片GT-48330來實現(xiàn)對具有G.Link接口的交換芯片的控制和管理。

2　芯片介紹

GT-48330是美國Marvell公司的低功耗G.Link 和CPU的接口芯片。他在8／16 b CPU總線和Marvell公司的具有G．Link接口的交換芯片的G．Link總線之間提供了一個硬件接口。他支持多種嵌入式CPU和微處理器，如80C186，8051，Motorola Coldfire，Inteli960等，CPU可以直接通過他實現(xiàn)對交換芯片的管理。GT-48330作為低價的G.Link到CPU的接口芯片，代替了在高端管理系統(tǒng)的PCI接口芯片。

他可以與多種不同的CPU和微控制器相連接，其CPU的接口數(shù)據(jù)寬度為8／16 b，具有片內(nèi)包緩沖器，能夠在片內(nèi)緩存整個完整長度的包，CPU能夠通過簡單的讀寫操作進(jìn)入包緩存器。具有中斷控制器，能夠接收來自交換芯片產(chǎn)生的中斷并可以對本地的CPU或微控制器產(chǎn)生中斷。提供屏蔽和觸發(fā)寄存器。采用3．3 V的核心電壓，功耗較低。G．Link口的時鐘可達(dá)

2．1　接口說明

（1）和交換芯片間的接口GT-48330提供了16根發(fā)送數(shù)據(jù)線GTXD［15∶0］，16根的接收數(shù)據(jù)線GRXD［15∶0］，用來和交換芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；一根發(fā)送命令線GTXCMD，他只在第一個時鐘周期為高，表示傳輸線上為命令類型，其他的周期將為低電平，表示傳輸線上為數(shù)據(jù)；一根接收命令線GRXCMD；一根G．Link時鐘輸入線GTXCLK；一根發(fā)送數(shù)據(jù)的參考時鐘線GTXOCLK；一根接收數(shù)據(jù)的參考時鐘線GRXCLK，需由外部的時鐘來提供。一根用于說明其G．Link口是否連接的GUNCC線。

（2）和CPU間的接口GT-48330的CPU接口提供了16 b的數(shù)據(jù)線AD［15∶0］，用于與CPU的數(shù)據(jù)線相接；12 b數(shù)據(jù)線Add［11∶0］，用于與CPU的地址線相接；一根片選線CS；讀、寫信號線RD與WR各一根；一根工作模式選擇線Endian，用以設(shè)置其輸出的數(shù)據(jù)高低字節(jié)是否交換；一根地址鎖存信號線ALE；一根數(shù)據(jù)返回有效線DTACK；一根中斷線INT，用來和CPU的中斷管腳相接；一根DTACK模式選擇線DTACKMODE，用以確定何時DTACK有效；一根配置線MB，用來決定數(shù)據(jù)、地址線是否復(fù)用；一根模式選擇線ASM，用以選擇異步或同步模式；一根時鐘線CLK，為GT-48330提供CPU接口的參考時鐘；一根復(fù)位線RST，用以復(fù)位GT-48330［page］

2．2　工作原理

GT-48330作為CPU和G．Link接口的交換芯片間的橋梁，主要的工作就是將數(shù)據(jù)從交換芯片轉(zhuǎn)給CPU，這對GT-48330來講是一個接收過程；并將CPU發(fā)過來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)給交換芯片，這對GT-48330來講是一個發(fā)送過程。

2.2.1　GT-48330的接收

GT-48330接收的數(shù)據(jù)分為4種：由交換芯片送過來的數(shù)據(jù)包、由交換芯片送過來的新地址消息（一個數(shù)據(jù)包只要通過交換芯片，包中的源地址信息就會被交換芯片記錄并傳送）、由交換芯片送過來的中斷消息和CPU要從交換芯片中讀取的消息。

（1）接收數(shù)據(jù)包過程　在GT-48330中存在2 kB的緩沖區(qū)（Buffer）用于接收來自交換芯片的包。由交換芯片產(chǎn)生的包發(fā)送結(jié)束消息（EOP）存在0x9E4 0x9EF中，當(dāng)GT-48330接收到包，并監(jiān)測到EOP后，他將發(fā)送相應(yīng)的中斷給CPU，CPU從Interrput-cause寄存器中可以獲得中斷的原因，這樣CPU就可以從Buffer中讀取包。

當(dāng)Buffer滿時，如果GT-48330還沒有完成對先 前包的處理，又有新的包到來，此時將會產(chǎn)生G．Link口的擁塞。GT-48330可以設(shè)置Disable PacketBlocking（DPB）bit來防止擁塞，當(dāng)設(shè)為0時，GT- 48330將通過發(fā)流控消息來防止G．Link口的擁塞；當(dāng)設(shè)為1時，GT-48330將通過拒絕這些包來防止擁塞，此時所有的包將被忽略。

（2）接收新地址消息的過程GT-48330中存在一個專用的新地址隊列（NA＿Q），共可以存儲16個條目，對應(yīng)的存儲地址為0x800～0x80F。當(dāng)有新的地址到來時，GT-48330將發(fā)送一個中斷給CPU，這樣CPU就可以到0x800～0x80F中提取新的地址消息，同時將Interrput-cause0寄存器清零；如果GT-48330還有新的地址，將會把新的地址消息放入到0x800～0x80F中，并再次發(fā)出中斷。

（3）對于新地址隊列溢出的情況，GT-48330可以通 過忽略或發(fā)流控消息來處理。這可以通過設(shè)置GT48330的Enable＿register＜DNAB＞bit來實現(xiàn)，而CPU可以通過監(jiān)測NAQOF中斷來獲得。如果＜DNAB＞bit設(shè)置為1時，當(dāng)NA＿Q滿時，GT-48330將忽略到來的新地址消息；如果為0時，當(dāng)NA＿Q滿時則發(fā)流控信息，通知交換芯片，暫緩發(fā)送。

（4）CPU要從交換芯片中讀取消息的過程CPU發(fā)送消息給交換芯片，表示要獲取數(shù)據(jù)（例如一些端口狀態(tài)信息）。此時，交換芯片會發(fā)送Block＿write消息給CPU，在GT-48330中有一個專用的32B的Buffer用于存儲此消息，對應(yīng)的存儲地址為：0x980～0x99F。當(dāng)有block_write到來時，GT-48330將發(fā)送中斷消息給CPU，CPU通過相關(guān)的中斷位獲取中斷，然后來讀取block＿write消息。

2.2.2　GT-48330的發(fā)送

對于GT-48330來說他具有2種發(fā)送方式：自動DMA方式和CPU傳輸方式。對于自動DMA的方式，不需要CPU進(jìn)行干涉，GT-48330可以自動完成發(fā)送。對于CPU傳輸方式，則需要CPU對發(fā)送的過程進(jìn)行干涉。

（1）自動DMA方式　CPU首先寫傳輸數(shù)據(jù)（TD）寄存器，同時設(shè)置＜TD＞位，GT-48330根據(jù)TD來向交換芯片發(fā)送Buffer請求消息，在TD消息中包含了目的交換芯片號、端口號、CPU號及包的數(shù)量等消息。CPU寫數(shù)據(jù)到GT-48330的32 b的包存儲空間8LWW Buffer中，如果GT-48330接收到交換芯片可以開始傳送包的消息（SOP），他將把包發(fā)送給相應(yīng)的交換芯片；如果收到交換芯片的拒絕消息（Buffer＿rejecet），他將發(fā)送相應(yīng)的中斷給CPU，告訴發(fā)數(shù)據(jù)被拒絕。

（2）CPU傳輸方式　CPU先直接通過GNT－A/B Buffer來發(fā)送Buffer請求消息，CPU等待接收到SOP消息，此消息將被GT-48330存儲在OGRBuffer中，然后再傳給CPU。一旦CPU收到SOP消息，就通過GT-48330的GNT－A/B通道來發(fā)送數(shù)據(jù)包，同時CPU還通過GNT－A/B來發(fā)送數(shù)據(jù)包傳送結(jié)束（EOP）消息給交換芯片。

3　電路設(shè)計

GT-48330的G．Link口的電路設(shè)計說明：數(shù)據(jù)發(fā)送和接收線GTXD［15∶0］／GRXD［15∶0］與交換芯片的G．Link口的接收和發(fā)送線相連；GTXCMD／GRXCMD發(fā)送和接收與交換芯片的接收和發(fā)送命令線相連；GTXOCLK發(fā)送數(shù)據(jù)的參考時鐘，通過22Ω的匹配電阻接到交換芯片的G．Link口的接收時鐘；GRXCLK接收數(shù)據(jù)的參考時鐘，由時鐘模塊來提供；GTXCLK接收數(shù)據(jù)的參考時鐘，由時鐘模塊來提供；GTXCLK作為GT-48330的G.Link口的系統(tǒng)時鐘，同樣由時鐘模塊來提供。GTXCLK和GRXCLK的時鐘頻率為83．33 MHz。電路邏輯圖如圖2所示。

GT-48330的CPU接口的電路設(shè)計說明：此設(shè)計 使用的CPU是Motorola公司的Coldfire 5206E。由于在16 b接口時，MCF5205E的數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)是交換的，即D［31∶24］表示BYTE0；D［23∶16］表示BYTE1。同時在設(shè)計中將GT-48330的Endian管腳下拉，這樣GT-48330將工作在Little Endian模式下，其數(shù)據(jù)是 不進(jìn)行交換的，因此在外部需要將數(shù)據(jù)線進(jìn)行交換，即將GT-48330的AD［15:18］與CPU的D［23:16］相接，將GT-48330的AD［7:0］與CPU的D［31:24］相連接；GT-48330的地址線Add［11:0］與CPU的地址線A［11∶0］直接相接；片選信號CS與MCF5206E的CS1管腳相接；GT-48330的讀/寫信號RD和WR相連接后，再與MCF5206E的R／W信號相接。當(dāng)R/W為高電平時，GT-48330的讀信號RD有效；當(dāng)R/W為低電平時，GT-48330的寫信號WR有效；地址鎖存信號ALE與MCF5206E的TS信號相接，低電平有效；中斷管腳INT與MCF5206E的中斷管腳IRQ4相接，提供中斷信號，低電平有效；GT-48330的DTACK與MCF5206E的TA相接，低電平有效，表示數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束；RST信號直接與復(fù)位模塊的DSP1832（或MAX811）的輸出信號相連接，用于對GT-48330GT-48330的復(fù)位，低電平有效；CLK時鐘則由時鐘模塊提供，其頻率為54MHz。復(fù)位時GT-48330將對某些管腳進(jìn)行抽樣，以決定系統(tǒng)的工作狀態(tài)。在配置中拉高通過4．7 kΩ的電阻接3．3 V來實現(xiàn)，拉低通過4．7kΩ的電阻接地來實現(xiàn)。

4　軟件實現(xiàn)

軟件分引導(dǎo)層（BOOT）和CTRL層。MCF5206E上電復(fù)位后從BOOT開始執(zhí)行，BOOT層程序功能包括上電初始化，引導(dǎo)或下裝CTRL層程序及上裝整片F(xiàn)lash的內(nèi)容。軟件總體框架如圖3所示。

首先對硬件進(jìn)行配置：包括片選、DRAM參數(shù)、初始化定時器、I／O等，然后進(jìn)行DRAM／CPU ISRAM自檢，若自檢失敗則從超級終端上輸出相應(yīng)的錯誤信息，然后停機。若自檢通過則檢測CTRL層程序的完整性，若CTRL層程序完整則將其拷貝到DRAM的相應(yīng)位置并將控制權(quán)交給CTRL層程序；若CTRL層程序不完整則通過超級終端輸出相應(yīng)信息并允許下裝CTRL層程序或上裝整片F(xiàn)lash的內(nèi)容。

CTRL層程序提供一個超級終端界面，進(jìn)行各項功能模塊的設(shè)置及測試。界面設(shè)置的內(nèi)容如下：初始化設(shè)置及配置的讀取，GT48330寄存器的操作，交換芯片寄存器的操作，Switch各功能模塊操作：幀收發(fā)、VLAN設(shè)置、TRUNK操作、端口配置、MIB采集等。

在系統(tǒng)上電后，由電源模塊為整個系統(tǒng)提供電源支持，然后復(fù)位模塊將向整個系統(tǒng)提供復(fù)位信號，時鐘模塊向系統(tǒng)提供參考時鐘。在MCF5206E和GT48330模塊復(fù)位之后，MCF5205E將從存儲模塊Flash中讀取程序進(jìn)行運行，根據(jù)程序運行的結(jié)果，MCF5205E模塊將通過GT-48330模塊對系統(tǒng)中的所有的交換芯片進(jìn)行初始化，完成對系統(tǒng)的配置。在以后的過程中MCF5206E將通過GT-48330模塊來進(jìn)行對系統(tǒng)的管理及包的接收和發(fā)送。而存儲模塊中的EDODRAM則用于存放在運行過程中所需的程序及數(shù)據(jù)和包的臨時存放。

5　對于擁塞控制的分析

由于GT-48330的構(gòu)架對于接收的G．Link口采用共同的FIFO，然后通過Out　Messager　Detecter來判別FIFO中的數(shù)據(jù)應(yīng)該送到哪個通道中，這樣就有可能產(chǎn)生擁塞。如果某個通道滿了，他將不再接受OutMessager Detecter判定要發(fā)送給他的數(shù)據(jù)或消息，這樣將使得數(shù)據(jù)聚集在FIFO中，從而使得FIFO滿而產(chǎn)生擁塞。

對于新地址、包接收、中斷接收3個通道，可以通過一個可選的模式來防止擁塞，也就是他們在不能接收時，將通過丟棄新到的消息來防止其聚集在FIFO中導(dǎo)致?lián)砣?/p>

如果有許多的數(shù)據(jù)同時發(fā)給包Buffer的話，會使Buffer是滿的，同時如果此時＜DPB＞設(shè)為0（沒有丟棄包），這時G．Link口將產(chǎn)生流控消息，造成G．Link口的堵塞。如果這時CPU對某個設(shè)備發(fā)送了LW＿WRITE消息時，他將一直等待Buffer請求確認(rèn)（BFR）的到來，在沒有收到此消息時，將不會進(jìn)行其他的數(shù)據(jù)處理。而由于G．Link口的擁塞將導(dǎo)致BFR無法送出，因此包Buffer中的數(shù)據(jù)也將一直得不到CPU的處理，這樣將導(dǎo)致CPU的死鎖。死鎖的解決方法：

（1）可以將交換芯片設(shè)置成單包模式（SignalPacket Mode），使其只有在一個包被處理完后，才送下一個包。

（2）使用包擁塞失效位（Disable PacketBlocking），采用對新地址、包接收、中斷消息的丟棄來防止。同時CPU也可以通過某些方法來判斷潛在的擁塞，從而使得該寄存器置位。例如，可以限制發(fā)往CPU的包的類型和數(shù)量來控制。

由上可知，采用相關(guān)通道的丟棄功能可以防止CPU的死鎖問題，同時，他只對本身的通道有影響；如果僅采用流控功能則有可能導(dǎo)致死鎖問題的產(chǎn)生，對整個G．Link口產(chǎn)生影響。