基于DS80C320的路由器交换网板控制模块的设计与实现

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摘要：介绍了采用Dallas公司的高速处理器DS80C320设计和实现的路由器交换网板控制模块，给出了控制模块的硬件结构图，并阐明了控制模块对交换芯片的控制功能。

    关键词：高速路由器 交换网板控制模块 DS80C320

近几年来，随着Internet规模的进一步扩大，对高性能、宽带接入的IP路器的需求急剧增加。路由器的主要功能是数据包的转发，该功能由交换芯片来实现。因此，需要有一个处理器来实现对交换芯片数据包转发功能的控制，同时控制交换网板与主控机的通信，笔者采用DS80C320处理器。本系统的技术核心是如何利用EPLD产生的控制信号实现DS80C320与主控板间的通信和DS80C320对交换芯片的控制。

1 高速路由器的基本结构

高速器由器主要由主控板、交换网板和线路接口板等组成。主控板是路由器的控制核心，完成整个路由器的管理和控制，直接接收网管中心的指令。交换网板在路由器中完成高速数据交换，它由交换模块和控制模块组成。交换模块包括两片交换芯片，完成数据包转发功能；控制模块是交换网板的控制核心，实现对网板内各功能模块的状态检测和控制，保证交换芯片转发数据包的正常工作。控制模块与路由器的主控板通过HSCX（串行通信控制器）进行通信，完成主控板对交换网板功能请求的应答处理，还可以通过RS232串口与PC机进行通信，完成交换网板的功能调试。

2 控制模块的硬件结构

本系统的路由器交换网板控制模块主要由DS80C320处理器和一些外围器件组成，这些外围器件包括EPLD、FLASH、外部RAM和HSCX通道。控制模块的硬件结构如图1所中虚线框部分所示。
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    2.1 DS80C320的特点

DS80C320属于Dallas公司的高速处理器系列。采用该芯片完成交换网板的控制功能，主要是DS80C320有以下几个特点：（1）具有新型高速结构，最大晶振频率33MHz，机器周期为4个时期周期（普通MCS-51系列单片机的机器周期为12个时钟周期），从而使每条8051指令的执行速度在相同的晶振下快了3倍。（2）DS80C320与51系列单片机完全兼容，并要用标准的8051指令集，给设计与开发带来了方便。（3）可以通过改变MOVX指针的执行时间来访问速度不同的RAM和其他外部器件。

DS80C320提供16位地址线，可寻址64KB的数据空间和程序空间。由于DS80C320内不含片内ROM，所以程序代码是存储在FLASH中的。虽然目前系统的软件不到60KB，但考虑到系统升级需要程序的扩展，选用了128KB的FLASH空间，需要17位地址线。这样就产生处理器的寻址能力不足的问题，采用EPLD内部的20H寄存器来产生FLASH的第14、15、16位地址及片选信号和读写信号。128KB的FLASH空间分成了2页，每页有64KB，第16位地址线决定FLASH空间的页号，DS80C320通过这种方式访问FLASH的128KB空间。

2.2 EPLD功能描述

本系统的EPLD采用ALTERA公司的EPM7512，该芯片属于MAX7000系列。除了2.1中的寻址扩展功能外，EPLD还用作处理器与其外围电路控制信号的接口。由于本系统的控制信号比较多，若采用普通的逻辑门电路则整个系统的连线会非常复杂，功耗也会增加。所以采用EPLD来产生DS80C320与交换芯片、FLASH和HSCX之间的控制信号和地址信号。EPLD与处理器的接口主要实现了低位地址的锁存和一些器件的片选信号。CP_DATA[0:7]是地址和数据复用的信号，锁存后输出低位地址LOW_CP_ADD[0:7]。EPLD对HSCX通道的控制信号包括使能信号ENABLE_HSCX、复位信号RESET_HSCX、数据发送控制信号TXD_ENABLE等。EPLD对交换芯片的控制信号包括读信号READ_OCM、WRITE_OCM、OCM操作类型选择信号EMB_MODE_OUT等。

2.3 DS80C320与HSCX间的通信

本系统的HSCX采SIEMENS公司的SAB82525，该芯片提供两个全双工的高级链路控制（HDLC）通道，它的最高传输速率可达到4M bit/s。它用于主控板与交换网板间的数据通信，包括主控板发送、交换网板接收的功能请求，交换网板发送、主控板接收的应答及上报。由EPLD提供HSCX的数据线、地址线、使有信号和读写信号线。DS80C320对SAB82525的控制是通过读写SAB82525的内部寄存器来实现的；与HSCX之间的数据传送采用中断方式。当SAB82525满足产品中断的条件（如接收到数据帧）时，它向处理器发出中断请求，处理器读取中断寄存器ISTA、EXIR确定中断发生的原因并做出相应的处理。

3 基于DS80C320的控制模块对交换芯片的控制

采用的交换芯片PRS28G属于IBM公司的第二代高性能包路由交换产品。其端口速率达到OC48（2.5Gbps）并具有很好的扩展性，可通过速率扩展或者端口扩展构造出更大容量的交换网络，是数据帧和信元交换系统的理想解决方案。
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    交换芯片内部包含一个状态寄存器、32个应用寄存器及一个OCM接口。OCM接口是串行接口，用于处理器编程应用寄存器或是读取状态寄存器内容。交换芯片与DS80C320之间的通信和控制是通过EPLD内的OCM控制接口完成的。处理器并行读写EPLD。而OCM与EPLD的接口是串行的，串行转换是通过在EPLD内设置特定寄存器空间来完成的。处理器与交换芯片之间的数据传输过程是：处理器向EPLD特定寄存器写数据，数据通过EPLD输出EMB_DATA_IN串行信号，写入OCM指令寄存器，再根据OCM的指令集定义，决定其操作，包括读/写应用寄存器、读取状态寄存器、交换芯片复位等。每次操作的结果存储在响应寄存器中，在处理器控制下通过EMB_DATA_OUT信号移入EPLD特定地址空间，供处理器读取。

4 系统的软件构成

此系统的软件是由主函数及其调用的子函数和三个中断程序组成。

4.1 主函数（包括它调用的子函数）

主函数首先检测交换网板上的各种设备，初始化整个系统，然后开始一个主循环，在系统上电状态下程序总在这个循环中进行。在没有中断或复位请求的情况下，循环检测各功能模块的执行标志位，当标志位有效时，执行相应的功能模块。

主函数的概要流程如图2所示。

4.2 中断处理程序

三个中断处理程序分别是：

（1）定时器中断处理程序，完成周期性功能模块标志位的产生。

（2）外部中断1，完成来自HSCX的数据接收、存储及应答数据的发送功能。

（3）串口中断，实现串口数据的接收、存储及应答数据的发送功能。

5 实验结果与讨论

为检测系统是否能够稳定地运行，在软件中设计了FUNC_TEST子函数。孩子函数负责向交换芯片的每个端口发送14个数据包，其中数据域的内容为随机值，这些数据在交换芯片内部循环，形成一定的负载流量，模拟路由器的实际工作环境。经检没，整个系统工作稳定。处理器DS80C320完成了本交换网板控制模块的控制功能。