CN106385388A - 一种基于2fi+ctc5160架构的千兆以太网交换系统 - Google Patents

一种基于2fi+ctc5160架构的千兆以太网交换系统 Download PDF

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张锐
卢联杰
曾文兵
查坤
谢贵兔
王亚飞
汤恒
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Abstract

本发明公开了一种基于2FI+CTC5160架构的千兆以太网交换系统，包括CPU子系统、以太网交换子系统和供电电源子系统；CPU子系统采用龙芯2FI作为处理器，通过龙芯2FI的外部设备互联总线PCI及CPU总线LocalBus扩展出板卡需要的PCIe、管理网口、管理串口以及I2C接口；以太网交换子系统采用CTC5160作为交换芯片；供电电源子系统用于将外部5VDC电源和3.3VDC电源通过多级DC‑DC转换到内部各个器件按所需电源。本发明增强硬件层面的信息安全，尽可能地降低网络信息装备的安全隐患，提高装备的自主保障能力。

Description

一种基于2FI+CTC5160架构的千兆以太网交换系统
技术领域
本发明涉及信息处理技术领域，具体涉及一种基于2FI+CTC5160架构的千兆以太网交换系统，用于特殊领域网络信息的存储、中转和交换。
背景技术
信息处理设备是信息化时代争取信息优势和决策优势的主要承载体，信息化处理能力不仅取决于信息处理设备的功能，其自主保障能力也将直接影响综合能力，目前仅有的信息安全能力主要依靠防火墙，入侵监测等软件方式，硬件层面的信息安全增强几乎没有，安全隐患大，难以达到信息化时代对安全性及自主保障性的要求。
发明内容
针对现有技术的问题和迫切技术需求，本发明提供了一种基于2FI+CTC5160架构的千兆以太网交换系统，增强硬件层面的信息安全，尽可能地降低网络信息装备的安全隐患，提高装备的自主保障能力。
为了实现本发明的技术目的，本发明提供了如下的技术方案：
一种基于2FI+CTC5160架构的千兆以太网交换系统，包括CPU子系统、以太网交换子系统和供电电源子系统；
所述CPU子系统用于运行信息交换系统软件，完成对整个系统的协议处理、管理控制和人机界面工作；所述CPU子系统采用龙芯2FI作为处理器，通过龙芯2FI的外部设备互联总线PCI及CPU总线LocalBus扩展出板卡需要的PCI e、管理网口、管理串口以及I2C接口；
所述以太网交换子系统用于完成查表和多端口的交换、转发处理工作；所述以太网交换子系统采用CTC5160作为交换芯片；所述以太网交换子系统的数据交换通道实现方式是将CTC5160的SerDes配置成QSGMII模式，再通过接口协议芯片将QSGMII接口作为物理层PHY进行外部连接的标准接口，并完成端口的自动识别及交换通道选择功能，PHY转换后的接口通过网络变压器对信号进行阻抗匹配、杂波抑制和高电压隔离处理后进行传输，由MDI构成应用程序对象连接到CPCI连接器；
所述供电电源子系统用于将外部5VDC电源和3.3VDC电源通过多级DC-DC转换到内部各个器件按所需电源。
本发明的有益技术效果体现在：
本发明一种基于2FI+CTC5160架构的千兆以太网交换系统，其中关键硬件CPU芯片和交换芯片均采用自主可控的国产化芯片设计实现。CPU子系统采用国产CPU龙芯2FI作为处理器，以太网交换子系统采用国产盛科的CTC5160作为交换芯片，交换系统通过与CPU之间建立数据交换通道和控制管理通道来实现以太网数据收发及对整个系统进行管理和配置的功能，本发明增强硬件层面的信息安全，尽可能地降低网络信息装备的安全隐患，提高装备的自主保障能力。
附图说明
图1为本发明系统总体框图。
图2为CPU子系统原理框图。
图3为交换子系统的数据交换通道原理框图。
图4为交换子系统的控制管理通道原理框图。
图5为供电电源子系统原理框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1为本发明的系统总体框图。本发明千兆以太网信息交换系统包括：CPU子系统、以太网交换子系统、供电电源子系统三大部分。
CPU子系统主要运行交换模块系统软件，完成对整个模块的协议处理、管理控制和人机界面等工作，采用国产化龙芯2FI，主频达800MHz以上，通过其外部设备互联总线PCI接口及CPU总线LocalBus扩展出板卡需要的PCIe、管理网口、管理串口以及I2C等接口。
以太网交换子系统主要完成快速查表和多端口的高速交换、转发处理等工作,交换芯片采用盛科的CTC5160进行设计,它是一款多功能、高性能的IP/Ethernet核心交换芯片，拥有高度集成的Layer2到Layer4包处理引擎，单芯片可提供高达120Gbps的报文处理能力；CPU子系统通过PCI-PCIe的桥片将PCI接口扩展成PCIe接口后，实现与交换芯片子系统之间的通讯、控制和管理。
供电电源子系统主要完成模块外部5VDC电源和3.3VDC电源通过多级DC-DC转换到模块内部各个器件按所需电源2.5V、1.8V、1.5V等多种DC电源；其它外围器件主要完成接口功能。
图2为CPU系统原理框图。CPU子系统采用国产化CPU龙芯2FI作为处理器，龙芯2FI是中科院计算机所自主研发的通用CPU，采用90nm工艺，主频达800MHz以上，通过外部设备互联总线PCI扩展出1路PCIe接口，用来与交换子系统进行通讯、控制和管理、1个快速以太网FE作为管理网口；通过CPU总线LocalBus扩展出一个RS232管理串口，用于板卡的调测，一路I2C接口，用于板卡EEPROM、RTC、Thermal Sensor等器件的访问，还提供32MB NOR Flash、512MB的DDR2SDRAM容量等，从而实现对整个模块的协议处理、管理控制和人机界面等工作。作为优化，还可扩展无盘启动ROM接口BootRom,用来完成操作系统映像的加载、升级，通过串口下载系统配置文件、系统信息文件、并查看、修改地址内容等功能。
图3为交换子系统的数据交换通道选择原理框图。所谓交换，就是选路及连接。交换子系统采用苏州盛科自主开发的交换芯片CTC5160，它是一款多功能、高性能的IP/Ethernet核心交换芯片，拥有高度集成的Layer2到Layer4包处理引擎，单芯片可提供高达120Gbps的报文处理能力。交换子系统的数据交换通道选择实现方式是将CTC5160的SerDes配置成QSGMII模式，再通过接口协议芯片将QSGMII接口作为PHY进行外部连接的标准接口，并完成端口的自动识别及交换通道选择功能，PHY转换后的接口通过网络变压器对信号进行阻抗匹配、杂波抑制和高电压隔离等增强处理后进行传输，由MDI构成应用程序对象后连接到标准的CPCI连接器上。
整个系统通过2个这样的GE PHY通过对外能提供24个10/100/1000BASE-T以太网接口。这些以太网接口分布在3个标准CPCI连接器上。
图4为交换子系统的数据连通控制管理通道原理框图。在控制管理通道中，CPU通过33MHz PCI通道再经过PCIe桥片转换后，来控制和管理交换芯片CTC5160，并作为CPU与CTC5160间数据报文的收发通道；CTC5160通过1个SMI接口来访问、读写千兆以太网PHY(物理层)芯片的内部寄存器；可擦除可编辑逻辑器件EPLD主要是用来为各芯片的软件复位、处理中断、高温报警上报等，CPU通过CPU总线Local Bus对其内部寄存器进行访问。
CPU通过PCI扩展出一个管理网口，通过LocalBus扩展出一个管理串口，管理网口和串口直接在前面板以RJ45端口模式提供，既可用于板卡的调试，也供用户对整个系统进行管理和配置。
图5为供电电源子系统原理框图：电源子系统将网络交换板卡外部+3.3V及+5V DC电源输入，通过多级DC-DC转换最终得到板内各个器件按所需电源。
本领域的技术人员容易理解，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作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于2FI+CTC5160架构的千兆以太网交换系统，其特征在于，包括CPU子系统、以太网交换子系统和供电电源子系统；
所述CPU子系统用于运行信息交换系统软件，完成对整个系统的协议处理、管理控制和人机界面工作；所述CPU子系统采用龙芯2FI作为处理器，通过龙芯2FI的外部设备互联总线PCI及CPU总线LocalBus扩展出板卡需要的PCIe、管理网口、管理串口以及I2C接口；
所述以太网交换子系统用于完成查表和多端口的交换、转发处理工作；所述以太网交换子系统采用CTC5160作为交换芯片,数据交换通道实现方式是将CTC5160的SerDes配置成QSGMII模式，再通过接口协议芯片将QSGMII接口作为物理层PHY进行外部连接的标准接口，并完成端口的自动识别及交换通道选择功能，PHY转换后的接口通过网络变压器对信号进行阻抗匹配、杂波抑制和高电压隔离处理后进行传输，由MDI构成应用程序对象连接到CPCI连接器；
所述供电电源子系统用于将外部5VDC电源和3.3VDC电源通过多级DC-DC转换到内部各个器件按所需电源。
2.根据权利要求1所述的2FI+CTC5160架构的千兆以太网交换系统，其特征在于，通过龙芯2FI的外部设备互联总线PCI扩展出1路用于与交换子系统进行通讯、控制和管理的PCIe接口，以及1个作为管理网口的快速以太网FE；通过CPU总线LocalBus扩展出一个用于板卡调测的RS232管理串口，以及一路用于访问电可擦可编程只读存储器EEPROM、实时时钟RTC、温度传感器Thermal Sensor的I2C接口；另外还提供32MB NOR Flash、512MB的DDR2SDRAM容量。
3.根据权利要求1或2所述的2FI+CTC5160架构的千兆以太网交换系统，其特征在于，所述CPCI连接器共提供24个10/100/1000BASE-T以太网接口。
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