原標題：基于MPC8245處理器和BCM56500芯片實現交換型路由器的設計方案

基于Freescale MPC8245處理器和Broadcom BCM56500芯片的交換型路由器設計方案

引言

隨著網絡技術的飛速發展，對路由器和交換機的性能要求日益提高。傳統的路由器采用軟件實現路由功能，已難以滿足大規模網絡環境中的高速轉發和復雜路由協議的需求。因此，基于硬件加速的交換型路由器應運而生。本文詳細介紹了一種基于Freescale MPC8245高性能RISC CPU和Broadcom BCM56500高速交換芯片實現的交換型路由器設計方案，旨在滿足現代網絡環境中對高性能、高可靠性和可擴展性的要求。

主控芯片型號及其作用

Freescale MPC8245處理器

型號概述

Freescale MPC8245是一款基于PowerQUICC II系列的32位嵌入式RISC處理器，它集成了高性能的CPU核心、豐富的外設接口以及低功耗設計，非常適合用于網絡設備和嵌入式系統。MPC8245采用了MPC603e核，支持高達333 MHz的時鐘頻率，具有強大的數據處理能力。此外，該處理器還配備了DUART接口、雙通道DMA控制器和標準I2C控制器等通用模塊，便于與各種外設進行高效通信。

在設計中的作用

1. 控制平臺核心：MPC8245作為交換型路由器的控制平臺核心，負責整個系統的管理和控制任務。它運行操作系統（如VxWorks），通過軟件實現對BCM56500交換芯片的初始化、配置和監控。

2. 數據處理：雖然MPC8245不直接參與數據包的轉發，但它負責處理來自交換芯片的路由表更新、控制信令以及動態路由協議（如OSPF、EIGRP）的計算和決策。

3. 接口擴展：MPC8245提供豐富的外設接口，如PCI總線接口，便于與其他硬件模塊（如BCM56500）進行高速數據交換和控制信號傳輸。

Broadcom BCM56500交換芯片

型號概述

Broadcom BCM56500是一款集成了24個千兆位以太網端口的多層交換芯片，支持IPv4和IPv6協議，具備強大的數據包處理能力和靈活的配置選項。該芯片內部集成了2MB數據包緩沖內存，支持硬件處理的二層交換、三層路由以及二到七層數據包的分類和過濾功能。BCM56500支持PCI總線2.2標準，便于與主控制器（如MPC8245）進行通信和數據交換。

在設計中的作用

1. 數據包轉發：BCM56500是交換型路由器的核心交換單元，負責高速轉發數據包。它通過內置的千兆接口控制器（GPIC）和地址解析邏輯（ARL）實現數據包的接收、處理和轉發，確保數據包在網絡中的高效傳輸。

2. 路由功能實現：BCM56500支持三層路由功能，能夠根據路由表將數據包從源地址轉發到目的地址。通過CPU管理接口（CMIC），MPC8245可以配置BCM56500的路由表，實現復雜的路由策略。

3. 高性能緩存：BCM56500內部集成的2MB數據包緩沖內存，為數據包轉發提供了充足的緩存空間。通過高效的內存管理單元（MMU），BCM56500能夠確保數據包在緩存中的快速存取和調度，提高整體轉發效率。

系統設計方案

硬件設計

1. CPU控制單元：采用Freescale MPC8245處理器作為控制平臺核心，配置足夠的內存（如SDRAM）和閃存（如Flash）以支持操作系統和應用程序的運行。

2. 交換單元：選用Broadcom BCM56500交換芯片作為核心交換單元，通過PCI總線與MPC8245處理器相連。BCM56500提供24個千兆以太網端口，支持高速數據包轉發和三層路由功能。

3. 物理層芯片：采用Broadcom BCM5464和BCM5461物理層芯片，分別提供4個和1個千兆電接口（SGMII接口），用于接入前面板和板內使用。此外，BCM56500的SERDES接口還用于接出2路千兆光接口和其余16路千兆端口接入系統背板。

4. 其他硬件模塊：包括RJ45/光接口單元、CPU連接器單元、時鐘單元和電源單元等，共同構成完整的交換型路由器硬件系統。

軟件設計

1. 操作系統選擇：采用WindRiver公司的VxWorks實時操作系統作為控制平臺的軟件基礎。VxWorks以其高可靠性和實時性著稱，非常適合用于網絡設備中。

2. 初始化與配置：在CPU最小系統（CPU+SDRAM+Flash+串口）

   上電后，MPC8245處理器首先從Flash中加載引導程序（Bootloader），如U-Boot，進行硬件初始化，包括內存測試、時鐘配置、外設初始化等。隨后，引導程序加載VxWorks操作系統內核到內存中，并啟動操作系統。

在VxWorks啟動后，路由器系統將進行進一步的軟件配置。這包括初始化BCM56500交換芯片，配置其路由表、ACL（訪問控制列表）、QoS（服務質量）策略等。MPC8245通過PCI總線與BCM56500進行通信，發送配置命令和參數，確保交換芯片按照預定的網絡策略運行。

路由協議與動態路由

為了支持復雜的網絡環境，路由器需要實現多種路由協議。MPC8245處理器上的VxWorks系統可以運行多種路由協議軟件，如OSPF（開放最短路徑優先）、EIGRP（增強型內部網關路由協議）等。這些路由協議軟件通過讀取網絡接口狀態、收集路由信息，并計算出最佳路由路徑，然后將這些路由信息更新到BCM56500的路由表中。

動態路由協議不僅能夠在網絡拓撲發生變化時自動更新路由表，還能通過與其他路由器交換路由信息，實現整個網絡的路由同步和優化。MPC8245處理器的高性能和多任務處理能力，為這些復雜路由協議的實現提供了有力支持。

安全與性能優化

在安全方面，路由器系統需要實現多種安全機制，如ACL、防火墻規則、加密通信等。MPC8245處理器可以通過軟件實現這些安全策略，而BCM56500交換芯片則可以通過其硬件加速能力，對數據包進行快速過濾和分類，提高安全處理效率。

在性能優化方面，路由器系統需要充分利用BCM56500交換芯片的高性能特性。通過合理的流量管理和調度策略，可以確保數據包在交換芯片中的高效傳輸和轉發。同時，MPC8245處理器還可以對系統資源進行動態調整和優化，以適應網絡流量的變化。

可擴展性與可維護性

為了滿足未來網絡擴展的需求，路由器系統需要具備良好的可擴展性。這包括硬件模塊的擴展（如增加網絡接口、擴展存儲空間等）和軟件功能的升級（如支持新的路由協議、增加安全特性等）。MPC8245處理器和BCM56500交換芯片都支持模塊化設計，便于進行硬件擴展和升級。同時，VxWorks操作系統也提供了豐富的API和工具，支持軟件功能的靈活定制和升級。

在可維護性方面，路由器系統需要提供完善的監控和管理功能。MPC8245處理器可以運行網絡管理軟件（如SNMP代理），實時監測路由器的運行狀態和性能指標。同時，還可以通過Web界面或命令行接口（CLI）對路由器進行遠程管理和配置。這些功能使得網絡管理員能夠方便地監控和維護路由器系統，確保網絡的穩定運行。

結論

基于Freescale MPC8245處理器和Broadcom BCM56500芯片的交換型路由器設計方案，充分利用了兩款芯片的高性能和靈活性，實現了高速數據包轉發、復雜路由協議支持、高效安全處理和良好可擴展性等功能。該方案不僅滿足了現代網絡環境對高性能、高可靠性和可擴展性的要求，還提供了豐富的監控和管理功能，便于網絡管理員進行遠程管理和維護。隨著網絡技術的不斷發展，該方案將在更廣泛的網絡應用場景中發揮重要作用。