利用VT6526建造低成本Gbit以太網(wǎng)交換機(jī)

江蘇宏圖高科技股份有限公司(南京 210009) 易洪波

南京電子技術(shù)研究所（南京 210013） 吳海兵

越廣泛的應(yīng)用。局域網(wǎng)中，交換機(jī)可以過(guò)濾數(shù)據(jù)包或者重新生成并轉(zhuǎn)發(fā)新包，把一個(gè)大的網(wǎng)絡(luò)劃分成幾個(gè)獨(dú)立的沖突域，不同的沖突域之間可以互相溝通,有效地削減甚至消除網(wǎng)絡(luò)中的信號(hào)碰撞, 避免廣播風(fēng)暴, 減少誤包和錯(cuò)包的出現(xiàn)，支持更長(zhǎng)的傳輸距離和更多的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。當(dāng)前，在寬帶網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)以后，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用越來(lái)越高級(jí)，如，視頻點(diǎn)播和mp3等多媒體應(yīng)用。在不斷發(fā)展的環(huán)境下，各種應(yīng)用對(duì)以太網(wǎng)交換機(jī)有了更多的要求，除了更高的速率外，還要求具有完善的網(wǎng)管和更高的智能化程度，能實(shí)現(xiàn)虛擬子網(wǎng)劃分（virtual lans）、標(biāo)記虛網(wǎng)（vlan tagging）、鏈路匯聚、流量控制等功能。但隨著功能的完善，設(shè)備的價(jià)格也隨著上升。下面就介紹一種有極高性價(jià)比的以太網(wǎng)交換機(jī)。

2 vt6526芯片簡(jiǎn)介

vt6526是臺(tái)灣威盛公司(via technology inc.)生產(chǎn)的一種低功耗、無(wú)阻塞共享內(nèi)存進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的第2層單芯片交換集成電路，它以線速提供24個(gè)10m/100mbps端口和2個(gè)10m/100m/1000mbps端口。圖1是它的原理方框圖。圖1中,bsf是基準(zhǔn)頻率,mac是介質(zhì)訪問(wèn)控制,mib是管理信息庫(kù),其余如,ledc、ledio、bs__alert、smii、ssmiix24、gmii、tbi、miix2等都是接口協(xié)議。

從圖1可以看出,vt6526是一種低成本、無(wú)阻塞的第2層以太網(wǎng)交換芯片。它總共有26個(gè)mac，包括24個(gè)10m/100mbps端口和2個(gè)10m/100m/1000mbps端口，每個(gè)端口都可以通過(guò)eeprom在初始化配置中或cpu在線設(shè)置成通過(guò)手動(dòng)或自適應(yīng)以全速或半雙工在10mbps和100mbps運(yùn)行，并可選擇是否開啟流量控制。

在輸入端口對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行crc校驗(yàn)，輸入輸出控制模塊根據(jù)前向表格對(duì)收到的數(shù)據(jù)包在隊(duì)列控制器和緩沖控制器的協(xié)助下進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，前向表格控制器根據(jù)收到的數(shù)據(jù)在生成樹算法下對(duì)前向表格進(jìn)行更新。在vlan模式下，輸入輸出模塊根據(jù)相應(yīng)的vlan規(guī)則給數(shù)據(jù)包加入、移去、更改vlan標(biāo)簽。

在eeprom中存儲(chǔ)有初始化配置數(shù)據(jù)，全局配置模塊中存儲(chǔ)交換機(jī)運(yùn)行時(shí)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)和全局信息；cpu-i/o控制提供芯片和cpu之間的接口，可以通過(guò)dma方式與16位cpu（如80186，arm等）接口，也可以通過(guò)ide接口與8位cpu接口（如8051）；led控制器將交換機(jī)狀態(tài)通過(guò)送出串行數(shù)據(jù)送出驅(qū)動(dòng)led顯示；bsf控制模塊中存放進(jìn)行廣播的包；sram控制器存放了所有控制數(shù)據(jù)和包數(shù)據(jù)的訪問(wèn)請(qǐng)求。

3 網(wǎng)管型智能以太網(wǎng)交換機(jī)應(yīng)用方案

利用vt6526可以開發(fā)多種以太網(wǎng)交換機(jī)，下面介紹一種以vt6526為核心開發(fā)的一個(gè)24個(gè)10m/100m端口再加2個(gè)1g端口的網(wǎng)管型智能以太網(wǎng)交換機(jī)系統(tǒng)。3.1 硬件 一個(gè)網(wǎng)管型以太網(wǎng)交換機(jī)的硬件主要由以下幾個(gè)部分組成：

（1） 第2層交換芯片：它根據(jù)mac地址對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層（layer2）的數(shù)據(jù)包進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，并在cpu的支持下完成vlan等多種基于第2層協(xié)議的應(yīng)用，選用vt6526作為第2層交換芯片；

（2） 嵌入式cpu子系統(tǒng) ：嵌入式cpu子系統(tǒng)主要通過(guò)配置和監(jiān)測(cè)等網(wǎng)管軟件對(duì)交換機(jī)進(jìn)行管理，使交換機(jī)在第2層協(xié)議的支持下對(duì)其所在的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理，并與其他交換機(jī)或路由器交換信息以組成更大的網(wǎng)絡(luò)。選用samsung 公司的s3c4510b cpu，該cpu是一種集成了16/32位arm7tdmi risc處理器的, 價(jià)格比較低廉且適用于嵌入式以太網(wǎng)應(yīng)用(如hub/switch等)的處理器。該cpu以dma方式和vt6526連接，以符合ieee 802.3u協(xié)議第22部分的串口與88e3081和88e1000連接。

（3） 物理層（phy）芯片：物理層芯片實(shí)現(xiàn)802.3 協(xié)議中物理層的功能，選用3個(gè)marvell公司的88e3081 10m/100mbps快速以太網(wǎng)收發(fā)器作為端口0到端口24的物理層芯片，該芯片是一個(gè)8口10m/100mbps快速以太網(wǎng)收發(fā)器;端口25和26是10m/100m/1000mbps端口,因此，選用88e1000 gbit以太網(wǎng)收發(fā)器,該收發(fā)器符合ieee802.3 1000baset/100base-tx/10base-t。如果選用88e1000s芯片，即可提供gbit 的光接口。

（4） 收發(fā)調(diào)制模塊（transformer module）: 該模塊是將物理層芯片的輸出數(shù)據(jù)調(diào)制成適合線路傳輸?shù)男盘?hào)，將接收到的線路信號(hào)解調(diào)成物理層芯片可識(shí)別的數(shù)據(jù)。在端口0到端口24選用3個(gè)pulse 公司的h1140模塊。該模塊是一個(gè)8口10m/100mbps快速以太網(wǎng)收發(fā)調(diào)制模塊。端口25和26選用h5012模塊，它是一個(gè)支持以太網(wǎng)10/100/1000baset應(yīng)用的2口模塊，支持utp 5類線。

（5） 本交換機(jī)的電源有3.3v、2.5v、1.8v、1.5v幾種。 圖2是該交換機(jī)的硬件原理框圖。

3.2 網(wǎng)管軟件

由于這是一種網(wǎng)管型的交換機(jī)，交換機(jī)的軟件除了完成對(duì)vt6526等芯片的驅(qū)動(dòng)控制外，還需支持相關(guān)的第2層協(xié)議和部分第3層協(xié)議以提供完善的網(wǎng)絡(luò)管理功能, 網(wǎng)管軟件是交換機(jī)的重要組成部分，也較為復(fù)雜，該網(wǎng)管軟件的功能層次圖和基本流程圖如圖3和圖4所示。圖3中，cli是主叫線路識(shí)別，snmp是簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，igmp是internet組管理協(xié)議窺探。圖4中，udp是用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議，stp是信令轉(zhuǎn)發(fā)。

其主要的功能需求如下：

用vxworks嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（rtos）開發(fā)下列的網(wǎng)管軟件單元：
·vt6526等芯片的驅(qū)動(dòng)控制；
·二層相關(guān)協(xié)議支持：spanningtree、gvrp、gmrp、igmp snooping；
·管理方式：snmp、web方式、cli（命令行），其中，cli同時(shí)基于telnet或串口（console口）；
·ip相關(guān)協(xié)議需求：tcp/ip、snmp、rmon、telnet、tftp、http；
·文件系統(tǒng)（基于flash）。

·基于端口的vlan：在這種模式下，所有的數(shù)據(jù)包和相關(guān)端口的pvid聯(lián)系在一起，以pvid為標(biāo)記在組成vlan的相關(guān)端口之間轉(zhuǎn)發(fā)，可以不使用標(biāo)簽；

·基于標(biāo)簽的vlan：這種模式下，在軟件的支持下，交換機(jī)內(nèi)建立一個(gè)符合802.1q協(xié)議的vlan網(wǎng)橋，它分析所收到的每一個(gè)包，根據(jù)收到的包的vlan 標(biāo)簽頭，將該包歸屬到一個(gè)且唯一的一個(gè)vlan中去，并在相應(yīng)的vlan中進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。在此過(guò)[ll]程中，交換機(jī)支持跨vlan之間的包過(guò)濾和基于vlan的生成樹；

基于協(xié)議的vlan：在這種模式下，交換機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)包所使用的協(xié)議，建立該包的vlan id，并以之為基礎(chǔ)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，該模式支持ip、arp、novell ipx、apple talk、decnet mop等十多種協(xié)議。

（2） 支持802.3ad聯(lián)接聚合：交換機(jī)支持最多8個(gè)聚合群，用戶可以在0端口到25端口（10m/100m/1000 mbps端口）內(nèi)任意選擇最多4個(gè)端口建立一個(gè)聚合群。

（3）提供數(shù)據(jù)流監(jiān)測(cè)功能：交換機(jī)可以對(duì)入口、出口以及端口的雙向數(shù)據(jù)流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

（4）支持stp和基于vlan 的stp。

（5）在有igmp請(qǐng)求的前提下，交換機(jī)提供ip多播。

（6）在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有變化的情況下可以快速重配置。

（7）支持輸入輸出速率控制：交換機(jī)支持基于端口輸入輸出的速率控制，如，若端口0配置為10mbps，用戶可以通過(guò)編程將它的有效速率控制為1mbps。

4 結(jié)束語(yǔ)

此交換機(jī)提供了24個(gè)10m/100m端口和2個(gè)10m/100m/1000m端口，非常適合中等規(guī)模局域網(wǎng)核心交換，城域網(wǎng)和局域網(wǎng)的寬帶接入。該交換機(jī)使用了廉價(jià)的vt6526交換芯片，結(jié)合了s3c4510b cpu和完善的網(wǎng)管軟件，使得交換機(jī)具有極強(qiáng)的智能程度和網(wǎng)絡(luò)管理能力，因此，成本較低，具有很高的性價(jià)比。