CN103701707B - 一种网络设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种网络设备，包括主板以及可插拔功能板，主板包括第一逻辑器件及主板CPU，功能板包括第二逻辑器件及功能芯片；第一逻辑器件，用于完成功能板的第一阶段初始化，然后判断该功能板的第二阶段初始化是否为首次，如果是则向主板CPU配置初始化通知，如果否，则向第二逻辑器件发送第二阶段初始化通知；主板CPU，用于根据通知对功能板的功能芯片进行第二阶段初始化，并将过程中生成的配置信息储存于所述功能板的非易失性存储介质中；第二逻辑器件，用于根据通知从所述功能板的非易失性存储介质中获取配置信息完成第二阶段初始化。相较于现有技术，本发明能够大大加快了整个网络设备的启动过程。

Description

一种网络设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种网络设备。

背景技术

网络设备普遍应用模块化设计技术，特别是其中的多业务路由器，更是应用模块化技术的典型网络设备。由于不同用户所需要业务应用不同，因此用户对路由器的功能集合的需求也存在差异。为了满足不同用户的不同需求，多业务路由器普遍采用模块化设计，提供可以装入不同功能板的槽位，用户可以根据实际网络情况来选择自己需要的功能板，将其装入路由器的槽位上以实现不同业务应用的需要。

然而由于功能板初始化时会独占主板CPU，在功能板初始化期间主板CPU无法执行其他启动任务，在插入有多个功能板的路由器上，由于功能板初始化的时间所需时间很长，这致使路由器整体的启动时间会随着功能板数量的增加而增加。若一台路由器在线进行重启，那么路由器完成启动之前，其所承担的业务将处于中断状态，无法快速恢复起来，这对于运营商而言无疑是严重的服务质量问题。因此引入更多的功能版无疑赋予了路由器更多更为灵活的功能，但是业务恢复时间却因此而大受影响。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种网络设备，包括主板以及可插拔功能板，其中所述主板包括第一逻辑器件以及主板中央处理单元CPU，所述功能板包括第二逻辑器件以及功能芯片；其中：

第一逻辑器件，用于在初始化过程中完成该功能板的第一阶段初始化，然后判断该功能板的第二阶段初始化是否为首次，如果是则向主板CPU发送第二阶段初始化通知，如果否，则向第二逻辑器件发送第二阶段初始化通知，指示第二逻辑器件对功能板的功能芯片进行第二阶段初始化；

主板CPU，用于根据第一逻辑器件的配置初始化通知对功能板的功能芯片进行第二阶段初始化，并将第二阶段初始化过程中生成的配置信息储存于所述功能板的非易失性存储介质中；

第二逻辑器件，用于根据第一逻辑器件的第二阶段初始化通知从所述功能板的非易失性存储介质中获取配置信息完成第二阶段初始化，并在第二阶段初始化完成后通知主板CPU。

相较于现有技术，本发明能够在初始化过程中更加深度地释放对主板CPU的独占，从而大大加快了整个网络设备的启动过程；避免了网络设备重启时间过长而对正常主机通信过程的严重负面影响。

附图说明

图1是本发明实施例中网络设备的结构示意图；

图2是一种典型的硬件准备阶段初始化处理流程图；

图3是本发明实施例中配置阶段初始化处理流程图。

具体实施方式

在各个厂商比较典型的功能板的初始化设计中，初始化的过程主要分为两个阶段，一个是功能板的硬件准备阶段初始化；另一个是功能板上功能芯片配置阶段初始化。在硬件准备阶段，主要是完成功能板初始化时的准备工作，这一阶段的处理典型地可以包括：主板CPU读取和解析功能板的制造信息、主板CPU给功能板的上电、在功能板上电完成后检测功能板上电是否成功等。在功能板初始化的配置阶段中，对于没有单独CPU的功能板，主要进行功能板上功能芯片的配置，根据功能板的类型和使用的软硬件资源对其进行扫描配置。功能板在与主板CPU及主板逻辑通信时会用到各种总线，包括IIC总线、PCI-E总线、Local Bus总线、以太总线等，这些总线都需要进行配置才能正常工作，本发明只针对PCI-E总线进行描述，其他总线可采取类似的处理方式。

请参考图1，本发明提供一种网络设备，该网络设备包括主板以及可插拔的功能板。其中主板包括主板CPU以及第一逻辑器件，而功能板包括第二逻辑器件以及功能芯片，其中该功能芯片的数量和类型并无限制，对于网络设备而言，最为常见的功能芯片是以太网交换芯片。功能板可以通过网络设备提供的功能板槽位插入到网络设备中，通过直接或者通过背板与主板建立连接。其中：

第一逻辑器件，用于在初始化过程中完成该功能板的第一阶段初始化，然后判断该功能板的第二阶段初始化是否为首次，如果是则向主板CPU发送第二阶段初始化通知，如果否，则通知第二逻辑器件对功能板的功能芯片进行第二阶段初始化；

主板CPU，用于根据第一逻辑器件的第二阶段初始化通知对功能板的功能芯片进行第二阶段初始化，并将第二阶段初始化过程中生成的配置信息储存于所述功能板的非易失性存储介质中；

第二逻辑器件，用于根据第一逻辑器件的第二阶段初始化通知控制所述功能芯片从所述功能板的非易失性存储介质中获取配置信息完成第二阶段初始化，并在第二阶段初始化完成后通知主板CPU。

请继续参考图1，在本发明中第一及第二逻辑器件均为可编程逻辑器件，比如FPGA或CPLD。在实现的过程中，开发人员可以按照本发明以下描述通过对逻辑器件进行相应的编程实现。从逻辑功能层面看，第一逻辑器件包括初始化控制单元、功能板管理单元、第一中断产生单元、供电控制单元、以及热插拔检测单元。当然第一逻辑器件通常还会包括内部的非易失性存储介质或共享外部的非易失性存储介质。第二逻辑器件包括第二中断产生单元、板内控制单元以及总线切换单元。以上各个功能单元的划分仅仅是为了辅助本领域普通技术人员更为方便地进行开发实现，其是一种逻辑层面的人为定义，并不是本发明实现的唯一逻辑结构。以下从硬件准备阶段初始化以及配置阶段初始化两个流程分别加以说明。

如前所述，在功能板开始初始化时，功能板初始化的硬件准备阶段可以完全交由主板上的第一逻辑器件(例如)处理。在硬件准备阶段的处理流程包括以下步骤。

步骤101，热插拔检测单元检测功能板的热插拔状态，并在检测到功能板插入时通知初始化控制单元功能板在位；

具体来说，当检测到有功能板插入时，比如说热插拔管脚的电平由高电平变化为低电平，此时热插拔检测单元将功能板管理单元中的功能板在位状态字段设置为在位，将功能板管理单元的热插拔中断字段设置为生效；反之如果热插拔管脚的电平由低电平变化为高电平，此时热插拔检测单元将功能板管理单元中的功能板在位状态字段设置为不在位，将功能板管理单元的热插拔中断字段设置为无效。

步骤102，功能板管理单元确定功能板是否可以上电；

在具体实现中，通常先由功能板管理单元从功能板上独立供电的非易失性存储介质中读取功能板的电源需求信息，并判断是否可以给该功能板供电，如果当前设备的电源功率输出不足以满足功能板的电源功率需求，则无法上电；如果可以满足，则在内部对供电状态进行置位并通知供电管理单元。在本发明中，主板上通常设置有两个供电模块，一个是主供电模块，另一个是辅助供电模块。辅助供电模块给独立供电的非易失性存储介质进行供电，这一供电无需受控，一旦功能板插入主板上的功能板插槽，则辅助功能模块的电路与功能板上的独立供电的非易失存储介质之间的供电电路会相应闭合，由辅助供电模块为功能板上的独立供电的非易失存储介质供电。但是主供电模块的供电则是受控的，这种处理手段可以让主板一侧准确知道是否可以给功能板上电，避免了功率需求不匹配，盲目上电所引发的问题。

步骤103，功能板管理单元对该功能板进行复位；

步骤104，供电控制单元对功能板进行上电控制；

供电控制单元通过功能板管理单元中对应的供电状态的标志来判断是否给功能板上电，如果可以上电，则控制主板上的主供电模块对功能板进行上电。延时一段时间之后，供电控制单元在检测到已上电功能板的电压稳定时，在功能板管理单元中将供电完成状态字段设置为完成状态。功能板下电过程大致相反，在此不再赘述。

步骤101至步骤104描述了一个典型的初始化过程中硬件准备阶段的初始化处理过程，这个过程由主板上的第一逻辑器件执行。事实上在更为复杂的情况中，主板事实上可能会连接多个功能板。请参考图2，在多个功能板的情况下，处理的流程可以理解为增加相应的循环判断的过程。在路由器启动过程中，主板依次选择下一个已经插入功能板(其可以扫描到的功能)进行步骤102的处理，先从其独立供电的非易失性存储介质中读取其功率需求信息，进而判断是否可以其功率需求，并根据判断结果对供电状态进行置位；返回重新选择下一个功能板，直到最后一个扫描到的功能板。

在完成硬件准备阶段的初始化处理之后，第一逻辑器件在接下来的过程中将与第二逻辑器件以及主板CPU配合来实现第二阶段初始化的快速执行。请参考图3，在配置阶段初始化执行过程中主要包括如下步骤。

步骤201，功能板管理单元读取功能板的非易失存储介质中该功能板标识；

步骤202，功能板管理单元获取主板的非易失存储介质中当前槽位对应的功能板标识；

步骤203，功能板管理单元将功能板上读取到功能板标识以及从主板上获取到的功能板标识进行对比，判断两者是否一致，并将判断结果提交给初始化控制单元；

步骤204，初始化控制单元在所述判断结果为不一致时确定该功能板的配置阶段初始化为首次，通知主板CPU执行配置阶段初始化，并通知第二逻辑器件切换功能板上非易失性存储介质的IO总线，使得主板CPU可以访问该非易失性存储介质；

步骤205，主板CPU从功能板的非易失性存储介质中获取功能板类型；

步骤206，主板CPU根据功能板类型对功能芯片执行配置阶段初始化；

步骤207，主板CPU将配置阶段初始化过程中生成的配置信息保存到功能板的非易失性存储介质中；并将该功能板标识对应更新到表1中，配置阶段初始化处理流程结束。

步骤208，初始化控制单元在所述判断结果为一致时确定该功能板的配置阶段初始化为非首次，通知第二逻辑器件执行配置阶段初始化；

步骤209，在接收到来自初始化控制单元的通知后，第二逻辑器件的板内控制单元通知总线切换单元进行总线切换；

步骤211，总线切换单元控制功能板的非易失性存储介质的I/O总线进行切换，使得功能板上的功能芯片能够通过该I/O总线访问该非易失存储介质；

步骤211，在切换完成后，板内控制单元控制功能板上的功能芯片从功能板的非易失性存储介质中加载步骤208中所保存的配置信息以完成该功能芯片的配置阶段初始化；

步骤212，板内控制单元在配置阶段初始化完成时通过第二逻辑器件内部的第二中断产生单元产生一个中断通知主板CPU配置阶段初始化处理结束。

主板以及功能板上的非易失性存储介质都可能有多个，本发明并不限制对非易失性存储介质的使用，只要能够读取到上述两个标识均可以。当然一般来说这些标识信息所存储的位置通常是指定的位置。在优选的实施方式中，功能板的标识通常是功能板的生产序列号，或者是其他硬件标识，比如功能板的CPU标识，或者其使用的MAC地址等。在本发明中，主板的非易失性存储介质中所保存的功能板标识是按照槽位来对应保存的，请参考表1的示例性表达。

槽位	功能板标识
		1	XXX
2
		3	YYY
…	…

表1

在初始的时候，表1中每个槽位对应的功能板标识为空。比如说表1中槽位2对应的功能板标识是空，这说明这个槽位之前是没有功能板插入的。此时插入任何一个功能板，功能板的配置阶段初始化显然是首次。再比如说，对于槽位1而言，如果此时插入的功能板的标识是ZZZ，则说明该槽位1上的功能板XXX被替换了，那么对于插入的功能板而言，其配置阶段初始化也是首次。值得注意的是，在优选的方式中，即便此时插入槽位1的功能板的标识是YYY，虽然功能板YYY在槽位3上已经完成过初始化了，但是对于槽位1而言，其配置阶段初始化依然是首次。

在确定功能板的配置阶段初始化是否为首次之后，第一逻辑器件的初始化控制单元就可以清晰知晓配置阶段初始化的处理该由主板CPU执行还是第二逻辑器件执行。如果是主板CPU执行，那么初始化控制单元可以通过第一逻辑器件中功能板管理单元以及第一中断产生单元上报一个中断给主板CPU，以通知主板CPU执行功能板的配置阶段初始化。在优选的实施方式中，功能板的功能芯片默认处于等待主板CPU配置状态，比如说功能芯片的配置使能管脚为低电平，在该管脚为低电平时，功能芯片处于等待主板CPU配置的状态。主板CPU通过运行相应的初始化软件来实现配置阶段初始化的处理。主板CPU可以分析功能板类型，根据功能板类型来确定其上功能芯片所需要的配置信息，进而将配置信息发送给该功能芯片。主板CPU执行配置阶段初始化的实现可以参考各种成熟的设计，本发明主板CPU在执行配置阶段初始化过程中，将该过程对应的配置信息保存一份到功能板的非易失性存储介质中，通常配置信息会保存在一个指定的位置上。同时主板CPU还需要刷新主板上表1的内容，假设本次插入的是功能板XXX，插入的槽位是槽位1，那么表1中槽位1对应的功能板标识(假设初始为空)将被更新为XXX。

假设整个网络设备因为某种原因重新启动了，那么第一逻辑器件同样会执行步骤101-104来完成硬件准备阶段初始化，接下来再执行步骤201到203。在步骤203处，对于槽位1上的功能板XXX，由于读取到的两个标识都是XXX，两者一致。此时第一逻辑器件的处理会跳转到步骤208，跳过了步骤204到207。由于步骤204到步骤207被跳过，转而执行步骤208到步骤212；而步骤209到步骤212均是由第二逻辑器件执行，此时配置阶段初始化的执行不再独占主板CPU的资源，主板CPU此时可以处理其他启动过程中的事务，网络设备启动速度大大加快。另一方面，在优选的方式中，第二逻辑器件可以将功能芯片上的配置使能管脚从默认的低电平改为高电平来触发功能芯片从功能板的非易失性存储介质中加载配置信息。同时，第二逻辑器件可以相应地将功能板内部非易失性存储介质的IO总线进行切换，默认情况下，IO总线是切换到主板CPU一侧，允许主板CPU来访问该存储介质的，此时功能芯片需要加载配置信息，则第二逻辑器件可相应对IO总线进行切换以允许功能芯片访问该存储介质。在控制功能芯片的实现上，第二逻辑器件将所述功能芯片的配置管脚的电平置为预设电平，比如说默认是高电平，表征功能芯片需要接受主板CPU的配置，如果第二逻辑器件将该配置管脚置位低电平，则此时功能芯片自行读取配置信息。在配置管脚被置位之后，第二逻辑器件可理解将功能芯片解除复位，以允许功能芯片自行读取配置信息完成第二阶段初始化。功能芯片的加载速度往往较快，因此网络设备的启动速度又可以进一步加快。在功能芯片加载配置信息完成第二阶段初始化之后，通过发送中断来上报主板CPU。

假设网络设备上有5个功能板，现有技术中主板CPU将在5个功能板的配置阶段初始化过程中被其独占，五个独占的时长累加起来相当可观。但在本发明中，这种独占主板CPU的时间将不存在，主板CPU此时可释放出来去做其他启动功能，从而大大加快了路由器整体启动的速度，插入功能板越多的网络设备，本发明的对设备整体启动速度提升的效果将越为明显。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种网络设备，包括主板以及可插拔功能板，其中所述主板包括第一逻辑器件以及主板中央处理单元CPU，所述功能板包括第二逻辑器件以及功能芯片；其特征在于：

第一逻辑器件，用于在初始化过程中完成该功能板的第一阶段初始化，然后判断该功能板的第二阶段初始化是否为首次，如果是则向主板CPU发送第二阶段初始化通知，如果否，则向第二逻辑器件发送第二阶段初始化通知，指示第二逻辑器件对功能板的功能芯片进行第二阶段初始化；

主板CPU，用于根据第一逻辑器件的配置初始化通知对功能板的功能芯片进行第二阶段初始化，并将第二阶段初始化过程中生成的配置信息储存于所述功能板的非易失性存储介质中；

第二逻辑器件，用于根据第一逻辑器件的第二阶段初始化通知控制所述功能芯片从所述功能板的非易失性存储介质中获取配置信息完成第二阶段初始化，并在第二阶段初始化完成后通知主板CPU。

2.如权利要求1所述的网络设备，其特征在于：所述第一阶段初始化为硬件准备阶段初始化；所述第二阶段初始化为功能芯片的配置阶段初始化。

3.如权利要求1所述的网络设备，其特征在于，

所述主板CPU进一步用于在完成对功能板第二阶段初始化之后，将该功能板的标识以及与当前槽位标识的对应关系保存在主板的非易失性存储介质中；

所述第一逻辑器件判断该功能板的第二阶段初始化是否为首次过程具体包括：

当功能板位于当前槽位时，在所述主板的非易失性存储介质中查询当前槽位标识对应的功能板标识；若查询到的功能板的标识与从功能板的非易失性存储介质中读取到的功能板标识相同，则确定该功能板的第二阶段初始化为非首次，否则确定为首次。

4.如权利要求1所述的网络设备，其特征在于，所述第二逻辑器件进一步用于在功能板的第二阶段初始化为非首次时，控制功能板非易失性存储介质的I/O总线进行切换以使得功能板的功能芯片能够访问该非易失性存储介质。

5.如权利要求1所述的网络设备，其特征在于，所述功能板的非易失性存储介质数量为多个，其中至少一个非易失性存储介质为独立供电的非易失存储介质；主板CPU进一步用于功能板插入时，从该独立供电的非易失存储介质上获取电源功率信息，并判断主板是否满足功能板的电源功率需求，如果满足，则控制主板上的主供电模块对该功能板供电。

6.如权利要求1所述的网络设备，其特征在于，所述第二逻辑器件在第二阶段初始化完成后通知主板CPU的过程具体为：产生相应的中断并上报给主板CPU。

7.如权利要求1所述的网络设备，其特征在于，所述功能芯片为以太网交换芯片。

8.如权利要求1所述的网络设备，其特征在于，所述第二逻辑器件控制所述功能芯片从所述功能板的非易失性存储介质中获取配置信息完成第二阶段初始化的过程具体为：第二逻辑器件将所述功能芯片的配置管脚的电平置为预设电平，然后对所述功能芯片进行解除复位。