CN102033581B - 一种基于多核网络处理器的高可扩展性atca板 - Google Patents
一种基于多核网络处理器的高可扩展性atca板 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种基于多核网络处理器的高可扩展性ATCA板,其特征在于,双CPU模块,通过SPI 4.2总线接口串联组成;存储模块,由非易失性存储器和动态存储器组成;PCI-X到PCI-E桥接扩展模块包含两个PCI-X到PCI-E桥芯片、两个PCI-E交换机和电子开关;AMC模块支持一条PCI-E接口和4条千兆以太网接口;多MAC模块通过2条XAUI接口或2个1Gbps SerDes接口由一个电子开关选通到ZONE区Fabric通道上;海量本地存储模块,采用子卡形式;所述IPMI模块,用于对整个ATCA板的硬件管理,对所述的PCI-E总线扩展能力、AMC模块扩展能力、多MAC模块扩展能力提供完善的管理支持;本发明遵循ATCA的开放性、模块化、标准化的理念,提高ATCA业务板及RTM板的扩展能力,降低了ATCA平台的生产和维护成本,提高了该业务板的使用范围。
Description
技术领域
本发明属于计算机、网络通信领域,具体涉及一种基于多核网络处理器的高可扩展ATCA板。
背景技术
先进电信计算架构(Advanced Telecommunications Computing Architecture,简称ATCA)为PCI Industrial Computers Manufacturing Group(PICMG)制定的新标准。ATCA是一项业界倡导的标准,旨在为运营商级电信解决方案创建一种优化的新型板卡和机箱外形规格。ATCA旨在通过为多种标准交换架构提供支持,满足下一代通信应用的要求,并为制造商提供满足苛刻用户要求的诸多功能。ATCA作为一个硬件平台标准,主要包括机框及其管理控制器、平台散热***、交换板卡、业务板卡。
其中业务板负责平台的业务实现,按主处理器类型可分为X86(如至强处理器)和多核网络处理器(如Cavium Octeon CN58XX系列处理器)。目前,基于多核网络处理器的ATCA业务板解决方案中,Cavium Octeon CN58XX处理器占有重要的市场份额。这些板卡有待完善的方面如下:
(1)背板交换支持单一方式——万兆以太网交换;
(2)面向单一的数据层面处理,未提供海量的数据存储扩展能力;
(3)AMC模块仅能连接到某一颗处理器上,扩展能力单一,灵活性较差;
(4)双CPU独立使用各自非易失性存储器;
(5)IPMI对扩展能力的支持能力不强。
本发明旨在解决上述有待完善的方面,具体参见发明内容和具体实施方式的论述。
发明内容
本发明的目的在于,为克服目前的ATCA业务板存在的诸如背板交换支持单一方式——万兆以太网交换;面向单一的数据层面处理,未提供海量的数据存储扩展能力;AMC模块仅能连接到某一颗处理器上,扩展能力单一,灵活性较差;双CPU独立使用各自非易失性存储器;PMI对扩展能力的支持能力不强等问题,从而提供一种基于多核网络处理器的高可扩展ATCA板。
本发明提供的一种基于多核网络处理器的高可扩展性ATCA板,该板包含业务板和RTM板,所述的业务板包括双CPU模块、存储模块、PCI-X到PCI-E桥接扩展模块、AMC模块、多MAC模块、IPMI模块、电源模块和时钟模块;所述的RTM板包含海量本地存储模块,其特征在于,
所述的双CPU模块,由两颗OCTEON CN58XX或两颗OCTEON CN38XX系列处理器通过SPI 4.2总线接口串联组成;
所述的存储模块,由非易失性存储器和动态存储器组成,该非易失性存储器又包含启动存储器和CF存储卡;
所述PCI-X到PCI-E桥接扩展模块,该扩展模块包含两个PCI-X到PCI-E桥芯片、两个PCI-E交换机和一组二选一的电子开关,用于实现网络接口到AMC模块的PCI-E接口、网络接口到海量本地存储模块的PCI-E接口的扩展;
所述AMC模块,该模块支持一条PCI-E接口和4条千兆以太网接口,其中所述的PCI-E接口能连接到任意的一颗CPU模块;
所述多MAC模块,该模块通过2条XAUI接口或2个1Gbps SerDes接口由一个电子开关选通到ZONE区Fabric通道上,实现万兆或千兆的背板交换;
所述海量本地存储模块,采用子卡形式,该子卡包括控制器、电源模块、预留接口和预留空间;该子卡对外的接口包含PCI-E接口、GPIO接口、电源接口和SerDes接口;其中子卡的SerDes接口连接到扩展SFP接口上,PCI-E接口和SFP总线接口提供了对海量本地存储扩展的支持;
所述IPMI模块,用于对整个ATCA板的硬件管理,对PCI-E总线扩展能力、AMC模块扩展能力、多MAC模块扩展能力提供完善的管理支持;
其中,所述的业务板上的PCI-E交换机扩展的一条PCI-E通过ZONE 3区连接到RTM板;所述的非易失性存储器,通过FPGA逻辑使双CPU公用启动存储器和CF卡两部分用于提供代码和数据的存储;所述的AMC模块的PCI-E总线通过一个电子开关配置连接到任意的一颗CPU处理器上;CN58XX通过VSC 7344芯片扩展出2条XAUI接口和16个1Gbps SerDes接口,其中2条XAUI接口和2个1Gbps SerDes接口通过电子开关选通到ZONE区Fabric通道上,能实现万兆或千兆的背板交换,另外10个1Gbps SerDes扩展到RTM板实现10千兆网口;剩余的4个1Gbps SerDes扩展到AMC的4条千兆以太网接口实现4千兆以太网通道的数据交换。
上述技术方案,所述业务板的电源模块将输入的-48V转换为7路以上正电压;所述的两个PCI-E交换机分别扩展出3条PCI-E总线,其中一个PCI-E交换机扩展两条PCI-E总线,每条PCI-E总线连接一颗千兆网络控制器,从RTM引出;剩余的一条PCI-E总线和另外一个PCI-E交换机扩展出来的一条PCI-E通过电子开关连接到AMC模块的连接器上;另外一个PCI-E交换机扩展出来的剩余两条PCI-E总线,其中一条通过ZONE 3区连接到RTM上,另一条PCI-E总线连接两颗千兆网络控制器,连接ZONE 2的Base通道上。
一种基于多核网络处理器的高可扩展性ATCA业务板及RTM板,包括双CPU模块、存储模块、PCI-X到PCI-E桥接扩展模块、AMC模块、多MAC模块、海量本地存储及RTM板、IPMI模块、电源模块。
双CPU模块由两颗OCTEON CN58XX或CN38XX系列处理器通过SPI 4.2总线接口串联组成,通过安装不同性能的处理器实现处理能力的扩展。为两颗CPU芯片提供了告诉的信令和数据的高速交互通道。在每个方向上,最高支持高达12.8Gbps的数据率。
所述存储模块由非易失性存储器和动态存储器组成,通过FPGA逻辑使双CPU公用启动存储器和CF卡两部分非易失性存储器,提供代码和数据的存储。每颗CN58XX支持独立的DDR2内存条和RLDRAM。
所述PCI-X到PCI-E桥接扩展模块提供PCI-E设备的扩展能力,通过两个PCI-X到PCI-E桥芯片、PCI-E交换芯片及PCI-E复用器实现了网络接口、到AMC模块的PCI-E接口、海量本地存储模块的PCI-E接口的扩展。PCI-X到PCI-E桥芯片将主芯片的PCI-X主接口(Host接口)转成PCI-E主接口(Host接口),便于主芯片扩展PCI-E设备;PCI-X到PCI-E桥芯片和PCI-E交换芯片扩展了主芯片的PCI-E通道数目,主芯片可同时使用多个PCI-E设备,如千兆网卡、到AMC模块的PCI-E接口和海量本地存储模块。
所述AMC模块提供了灵活的I/O扩展功能,AMC模块支持PCI-E和4条千兆以太网接口,借助PCI-E复用器可把AMC模块的PCI-E总线配置连接到任意的一颗处理器上。
所述多MAC模块提供了灵活的背板交换扩展能力,在ATCA***管理板的管理控制下,背板交换可自动适配成双千兆或万兆的交换能力。同时提供多条千兆的网络通道。
所述海量本地存储及RTM板主要提供了对海量本地存储扩展的支持,其中海量本地存储模块采用子卡形式实现,具有PCI-E接口和SFP总线接口。通过该子卡可扩展出光纤存储通道,或者扩展出本地硬盘,甚至可扩展出千兆网络接口。
所述IPMI模块实现对整个ATCA业务板及RTM板的硬件管理,特别是对权利要求1至7所述扩展能力提供完善的管理支持。
本发明的技术优势在于:
(1)本发明遵循ATCA的开放性、模块化、标准化的理念,提高ATCA业务板及RTM板的扩展能力,降低了ATCA平台的研发、生产和维护成本。
(2)提高ATCA业务板及RTM板的扩展能力,使该业务板卡既适用于数据处理应用(如网络交换、网络安全应用),又适用于网络应用服务(如流化服务器、Web服务器、视频分享服务器)。
(3)降低了ATCA平台的生产和维护成本,提高了该业务板的使用范围和硬件的可重用性。
附图说明
图1本发明的ATCA业务板及RTM***结构图;
图2本发明的双CPU互联结构图;
图3本发明的双CPU共享存储结构图;
图4本发明的PCI-E设备扩展结构图;
图5本发明的海量存储扩展子卡结构图;
图6本发明的可选背板交换实现结构图;
图7本发明的IPMI实现结构图。
具体实施方式
下面结合附图针对本发明的内容作进一步描述。
根据上述发明的内容实现一套ATCA业务板及其RTM板,如图1所示。ATCA业务板及其RTM板由双CPU模块、存储器模块、PCI-X到PCI-E桥接模块、多MAC模块、AMC模块、IPMI模块、时钟及电源模块、海量存储及RTM模块组成。对外提供了1个万兆以太网接口、14个千兆接口、2个扩展的SFP接口、4个串行控制口、1个AMC插槽。在ZONE 1区支持电源和IPMB总线;在ZONE 2区支持10GE或双GE双的交换通道,支持GE的Base通道;在ZONE 3区支持14个SFP SerDes和1条PCI-E总线。
双CPU模块是本板的控制和计算核心。为了提高板卡的处理性能,采用了两颗CAVIUM NETWORKS公司的高性能网络处理器CN58XX。采用SPI 4.2接口进行直连,如图2所示。本业务板每颗CN58XX最高性能可支持最多核数为16、最高主频为800MHz。
存储器模块:为了保证板卡足够的包处理能力,除了CPU本身的处理能力和包吞吐量外,需要足够的内存空间作保障。作为内存容量和板卡面积的均衡,本板采用DIMM条的形式作为内存的载体。每颗处理器带两个DIMM条,使得每颗处理器的内存容量达到16GB。支持板载双BANKNORFLASH(32MB+512KB),支持CF存储卡。为了降低业务板的成本,本发明将启动存储器(NOR Flash)和CF存储卡通过FPGA同时挂接在两颗CPU的BOOT BUS上,实现了可CPU共享启动存储器(NOR Flash)和CF存储卡,如图3所示。
PCI-X到PCI-E桥接模块:每颗处理器只有一条PCI-X总线,但是每颗处理器均需要带2个以上PCI-E接口设备,因此需要将PCI-X通过桥片转接为PCI-E接口。该部分的设计不仅要保证接口功能正常,更重要的是要保证足够高的通信带宽。如图4总线,两颗通过PCI-X到PCI-E桥和PCI-E交换机分别扩展出3条PCI-E总线,其中PCI-E交换机B扩展的两条PCI-E总线连接了两颗千兆网络控制器,实现4个千兆以太网通道,从RTM引出。电子开关选通PCI-E交换机-A PCI-E总线和PCI-E交换机-B PCI-E总线到AMC模块的连接器上,这样通过AMC模块扩展的PCI-E设备可连接到任何一颗CPU上。PCI-E交换机-A扩展出来的一条PCI-E通过ZONE3区连接到RTM上,目的是实现对海量存储设备的支持。PCI-E交换机A扩展的1条PCI-E总线连接了两颗千兆网络控制器,实现2个千兆以太网通道,连接ZONE 2的Base通道上。
RTM模块:RTM作为ATCA板卡前板的补充,允许用户将某些接口通过ZONE3区后出线。RTM方便用户将大量的补充接口通过后面板引出。其中海量存储模块以子卡的形式实现,如图5所示,该子卡包括控制器、电源模块、预留接口和预留空间等几部分,根据存储功能的要求选择不同的控制器,例如支持光纤存储需要选择PCI-E光纤存储通道控制器,支持SAS/SATA硬盘需要选择PCI-E的SAS/SATA控制器,支持NAS存储需要以太网控制器,预留的接口和空间足以支持上述功能。子卡对外的接口主要有PCI-E接口、GPIO接口、电源接口和SerDes接口,子卡的SerDes接口连接到扩展SFP接口上。
多MAC模块:CN58XX通过VSC 7344芯片扩展出2条XAUI接口和16个1GbpsSerDes(简称GE)接口,其中2条XAUI接口和2个GE接口通过电子开关选通到ZONE区Fabric通道上,电子开关的选通控制受IPMC控制,可以实现万兆或千兆的背板交换,如附图6所示。另外10个GE扩展到RTM实现了10千兆网口;剩余的4个GE扩展到AMC实现了4千兆以太网通道。
IPMI模块
作为标准的ATCA板卡,必须要实现规范所要去的管理功能,该功能是通过IPMI模块来实现的,其实现结构图如附图7所示。
电源模块:ATCA的供电采用的是双路-48V供电。为了适合本板的各个功能模块使用,必须通过电源模块将输入的-48V转换为超过6路正电压。
AMC模块:为了支持ATCA板卡的功能扩展,本板支持一个AMC插槽,该AMC插槽同时需要支持一个的PCI-X通道。因此,该AMC插槽需要同时支持AMC.0和AMC.1两个规范。
时钟模块:本ATCA不仅有高性能的网络处理器,而且具有SPI、10GE、GE、PCI-X等高速接口,每个接口都需要独特的时钟源,因此本板需要复杂的时钟模块。
最后所应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,都不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种基于多核网络处理器的高可扩展性ATCA板,该板包含业务板和RTM板,所述的业务板包括双CPU模块、存储模块、PCI-X到PCI-E桥接扩展模块、AMC模块、多MAC模块、IPMI模块、电源模块和时钟模块;所述的RTM板包含海量本地存储模块,其特征在于,
所述的双CPU模块,该双CPU模块通过总线接口串联组成;
所述的存储模块,由非易失性存储器和动态存储器组成,该非易失性存储器又包含启动存储器和CF存储卡;
所述PCI-X到PCI-E桥接扩展模块,该扩展模块包含两个PCI-X到PCI-E桥芯片、两个PCI-E交换机和一组二选一的电子开关,用于实现网络接口到AMC模块的PCI-E接口、网络接口到海量本地存储模块的PCI-E接口的扩展;
所述AMC模块,该模块支持一条PCI-E接口和4条千兆以太网接口,其中所述的PCI-E接口能连接到任意的一颗CPU模块;
所述多MAC模块,该模块通过2条XAUI接口和2个1Gbps SerDes接口由一个电子开关选通到ZONE2区Fabric通道上,实现万兆或千兆的背板交换;
所述海量本地存储模块,采用子卡形式,该子卡包括控制器、电源模块、预留接口和预留空间;该子卡对外的接口包含PCI-E接口、GPIO接口、电源接口和SerDes接口;其中子卡的SerDes接口连接到扩展SFP接口上,PCI-E接口和SFP总线接口提供了对海量本地存储扩展的支持;
所述IPMI模块,用于对整个ATCA板的硬件管理,对PCI-E总线扩展能力、AMC模块扩展能力、多MAC模块扩展能力提供完善的管理支持;
其中,所述的业务板上的PCI-E交换机扩展的一条PCI-E通过ZONE 3区连接到RTM板;所述的非易失性存储器,通过FPGA逻辑使双CPU公用启动存储器和CF卡两部分用于提供代码和数据的存储;所述的AMC模块的PCI-E总线通过一个电子开关配置连接到任意的一颗CPU处理器上;CN58XX通过VSC 7344芯片扩展出2条XAUI接口和16个1Gbps SerDes接口,其中2条XAUI接口和2个1Gbps SerDes接口通过电子开关选通到ZONE2区Fabric通道上,能实现万兆或千兆的背板交换,另外10个1Gbps SerDes扩展到RTM板实现10千兆网口;剩余的4个1Gbps SerDes扩展到AMC的4条千兆以太网接口实现4千兆以太网通道的数据交换。
2.根据权利要求1所述的基于多核网络处理器的高可扩展性ATCA板,其特征在于,所述的双CPU模块采用两颗OCTEON CN58XX或两颗OCTEON CN38XX系列处理器通过SPI 4.2总线接口串联组成。
3.根据权利要求1所述的基于多核网络处理器的高可扩展性ATCA板,其特征在于,所述业务板的电源模块将输入的-48V转换为7路以上正电压。
4.根据权利要求1所述的基于多核网络处理器的高可扩展性ATCA板,其特征在于,所述的两个PCI-E交换机分别扩展出3条PCI-E总线,其中一个PCI-E交换机扩展两条PCI-E总线,每条PCI-E总线连接一颗千兆网络控制器,从RTM引出;剩余的一条PCI-E总线和另外一个PCI-E交换机扩展出来的一条PCI-E通过电子开关连接到AMC模块的连接器上;另外一个PCI-E交换机扩展出来的剩余两条PCI-E总线,其中一条通过ZONE 3区连接到RTM上,另一条PCI-E总线连接两颗千兆网络控制器,连接ZONE 2的Base通道上。
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