专利名称：一种基于多核网络处理器的高可扩展性atca板的制作方法
技术领域：
本实用新型属于计算机、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、平台散热系统、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；C3)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。本实用新型旨在解决上述有待完善的方面，具体参见实用新型内容和具体实施方 式的论述。
实用新型内容本实用新型的目的在于，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。本实用新型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0CTE0N CN58XX或两颗0CTE0N 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Kibps krDes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krDes接口 ；其中 子卡的krDes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；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；所述的CN58XX通过VSC 7344芯片扩展出2条XAUI接口和16 个IGbps SerDes接口，其中2条XAUI接口和2个SGMII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Kibps SerDes扩展到RTM板实现 10千兆网口 ；剩余的4个mbpderDes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交换机扩展的两条PCI-E总 线连接两颗千兆网络控制器，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0CTE0N 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. SGbps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
4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系统管理板的管理控制 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。本实用新型的技术优势在于(1)本实用新型遵循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。
图1本实用新型的ATCA业务板的系统结构图；图2本实用新型的双CPU互联结构图；图3本实用新型的双CPU共享存储结构图；[0036]图4本实用新型的PCI-E设备扩展结构图；图5本实用新型的海量存储扩展子卡结构图；图6本实用新型的可选背板交换实现结构图；图7本实用新型的IPMI实现结构图。
具体实施方式
以下结合附图针对本实用新型的内容作进一步描述。根据上述实用新型的内容实现一套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IOGE或双GE双的交换通道，支持GE的Base通道；在 ZONE 3区支持14个SFPSerDes和1条PCI-E总线。[0042]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DMM 条的形式作为内存的载体。每颗处理器带两个DMM条，使得每颗处理器的内存容量达到 16GB。支持板载双BANK NOR FLASH(32MB+512KB)，支持CF存储卡。为了降低业务板的成 本，本实用新型将启动存储器(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(NORFlash)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Z0NE3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Z0NE3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krDes接口，子卡的krDes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 IGbpsSerDes (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，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实用新型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，对本实用新型 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 在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求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，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Kibps 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krDes接口 ；其中子卡 的krDes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；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；所述的CN58XX通过VSC 7344芯片扩展出2条XAUI接口和16个IGbps SerDes接口，其中2条XAUI接口和2个SGMII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Kibps SerDes扩展到RTM板实现10千兆 网口 ；剩余的4个IGbpderDes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 述的电源模块将输入的-48V转换为7路以上正电压。
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交换机扩展的两 条PCI-E总线连接两颗千兆网络控制器，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。
专利摘要本实用新型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；本实用新型遵循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。
文档编号G06F15/16GK201926952SQ20102063886
公开日2011年8月10日 申请日期2010年11月30日 优先权日2009年12月18日
发明者倪宏, 孙鹏, 张武, 王劲林, 谢铁兵, 邓浩江 申请人:中国科学院声学研究所