CN209072526U - 以太网交换装置 - Google Patents

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邹维军
许丽
娄晓明
顾燕飞
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Abstract

本实用新型以太网交换装置,包括:CPU单元;交换功能单元,交换功能单元的PCIE_RX/TX管脚与CPU单元的PCIE_TX/RX管脚连接,交换功能单元的SDA/SCL管脚与CPU单元的SDA/SCL管脚连接;BMC管理单元,BMC管理单元的TXD管脚与CPU单元的RXD管脚连接,BMC管理单元的RXD管脚与CPU单元的TXD管脚连接;VPX连接装置,VPX连接装置分别与交换功能单元及BMC管理单元连接;其中CPU单元为龙芯2H,交换功能单元为CTC8096,BMC管理单元为AST2400。可将网络带宽提高到40G的传输速率,具有高性能、高可靠、低功耗的特点,同时研制中遵循VITA65的通用标准,所以产品还具备良好的通用性。

Description

以太网交换装置
技术领域
本实用新型涉及一种交换装置,特别是一种以太网交换装置。
背景技术
以太网交换机是基于以太网传输数据的交换机,以太网采用共享总线型传输媒体方式的局域网。以太网交换机的结构是每个端口都直接与主机相连,并且一般都工作在全双工方式。交换机能同时连通许多对端口,使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样,进行无冲突地传输数据。
传统的综合化信息处理平台中以太网交换设备大多采用国外处理器和国外交换芯片的方案来实现,存在传输带宽低,安全性差的问题。
实用新型内容
针对现有技术中的缺陷,本实用新型的目的是提供一种以太网交换装置。
为解决上述技术问题,本实用新型以太网交换装置,包括:CPU单元;
交换功能单元,交换功能单元的PCIE_RX/TX管脚与CPU单元的PCIE_TX/RX管脚连接,交换功能单元的SDA/SCL管脚与CPU单元的SDA/SCL管脚连接;
BMC管理单元,BMC管理单元的TXD管脚与CPU单元的RXD管脚连接,BMC管理单元的RXD管脚与CPU单元的TXD管脚连接;
VPX连接装置,VPX连接装置分别与交换功能单元及BMC管理单元连接;其中
CPU单元为龙芯2H,交换功能单元为CTC8096芯片,BMC管理单元为AST2400芯片。
VPX连接装置包括连接器P0、连接器P1、连接器P2、连接器P3、连接器P4、连接器P5及连接器P6;其中
连接器P0的F4管脚、G4管脚、A5管脚和B5管脚分别与BMC管理单元的IPMB_DATA1管脚、IPMB_CLK1管脚、IPMB_DATA0管脚和IPMB_CLK0管脚连接;
连接器P0为VPX20-1111-0004;连接器P1、连接器P2、连接器P3、连接器P4、连接器P5及连接器P6为VPX20-1132-0001。
还包括热插拔芯片,热插拔芯片连接连接器P0及系统电源。
交换功能单元的HS0_S[0:3]RX[0:3]P/N所对应的接口和HS0_S[0:3]TX[0:3]P/N所对应的接口与连接器P1的差分信号对应的管脚连接;
交换功能单元的HS0_S[4:9]RX[0:3]P/N所对应的接口和HS0_S[4:9]TX[0:3]P/N所对应的接口,HS1_S[0:9]RX[0:9]P/N所对应的接口和HS1_S[0:9]TX[0:3]P/N所对应的接口,CS0_S[0:1]RX[0:3]P/所对应的接口N和CS0_S[0:1]TX[0:3]P/N所对应的接口,CS1_S[0:1]RX[0:3]P/N所对应的接口和CS1_S[0:1]TX[0:3]P/N所对应的接口分别与连接器的P2~连接器的P6的高速差分信号对应的管脚连接。
还包括第二PHY网络芯片,第二PHY网络芯片的RGMII接口与CPU单元的RGMII接口连接,第二PHY网络芯片的串行/解串信号对应的端口与交换功能单元的HS1_S3_RX3_P/N所对应的接口和HS1_S3_TX3_P/N所对应的接口连接。
还包括单端时钟,单端时钟包括48M晶振和25M晶振;其中
48M晶振输入到BMC管理单元的CLKIN管脚;
25M晶振分别与第一PHY网络芯片的PHY1_CLK1管脚和第二PHY网络芯片的PHY2_CLK2管脚连接。
还包括HJ30J连接器,HJ30J连接器10号管脚和11号管脚分别与CPU单元的CPU_TXD管脚和CPU_RXD管脚连接;
HJ30J连接器1号管脚和2号管脚分别与BMC管理单元的BMC_TXD管脚和BMC_RXD管脚连接。
连接器P1的pinB4管脚和pinC4管脚分别连接到第一PHY网络芯片的CHMC_RXD_P管脚和CHMC_RXD_N管脚;
连接器P1的pinE4管脚和pinF4管脚分别连接到第一PHY网络芯片的CHMC_TXD_P管脚和CHMC_TXD_N管脚。
还包括第一PHY网络芯片,第一PHY网络芯片的RGMII接口与CPU单元的RGMII接口连接,第一PHY网络芯片的MDI管脚连接到网络屏蔽插座上。
第一PHY网络芯片及第二PHY网络芯片为JEM88E1111HV芯片。
与现有技术相比,本实用新型的有益效果如下:
1、本实用新型作为硬件平台结构合理,易于制作。
2、基于本实用新型的改进,可将网络带宽提高到40G的传输速率,具有高性能、高可靠、低功耗的特点,同时研制中遵循VITA65的通用标准,所以产品还具备良好的通用性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本实用新型的其它特征目的和优点将会变得更明显。
图1为本实用新型以太网交换装置实施例一原理图;
图2为本实用新型以太网交换装置实施例二原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型,但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。
如图1所示,本实用新型以太网交换装置,40G/100G以太网交换模块主要用于雷达信号处理、数据处理等需要高速交换的应用场景。模块对外提供20路40GBASE-KR4交换端口;16路以太网接口,其中1路BMC管理网口用于在交换模块主电源故障时,上报刀片健康状态信息;另外15路交换芯片输出的千兆网1000BASE‐X接口,用于功能模块互连或交换级联。
该以太网交换装置工作原理:通过P0连接器输入12V和3.3V_AUX电源,经过热插拔芯片控制后,系统电源控制各档电源的输出,为装置提供电源保障,待时钟、电源正常后,首先,CPU配置单元的功能完成初始化工作;其次,CPU配置单元通过PCIe总线对交换功能单元进行初始化工作;再次,交换功能单元进行初始化工作后,交换功能单元具备转发数据功能,通过对外的P1-P6连接器将数据转发到系统内的任意端点,从而完成交换功能;最后,BMC管理单元从数据平面和控制平面对以太网交换装置进行管理,其中数据平面采用以太网上报,控制平面采用IPMB系统管理总线实现,使整个装置处于良好的运行状态。
以太网交换装置主要由CPU配置单元、交换功能单元和BMC管理单元,电源、时钟连接器等组成,CPU单元完成对交换功能单元进行配置管理,BMC单元实现模块级和整机级的健康信息管理和上报,交换功能单元完成数据交换,40G以太网交换模块组成框图,如图1所示。
40G以太网交换模块是基于以太网传输数据的交换模块,CPU单元与交换功能单元采用PCIE通道进行通讯,用于配置和管理交换芯片,其中国产CPU龙芯2H的PCIE_TX/RX管脚与交换芯片CTC8096的PCIE_RX/TX管脚互联;
同时,CPU龙芯2H的SDA/SCL与CTC8096芯片的SDA/SCL互联,作为I2C总线用于配置管理交换芯片的辅助通道;
国产CPU龙芯2H的MAC控制器与第一PHY网络芯片之间采用RGMII接口互联,第一PHY网络芯片的后端接MDI到RJ45网络屏蔽插座上,作为系统的调试网口。
交换芯片采用苏州盛科网络公司的国产芯片CTC8096,最大可对外提供960G的交换容量,其中CTC8096交换芯片的serdes信号,HS0_S[0:3]RX[0:3]P/N对应的接口和HS0_S[0:3]TX[0:3]P/N对应的接口分别引出15路千兆以太网到VPX连接装置的P1的差分信号定义上面,P1连接器最多可支持32对高速差分信号的定义;同理,CTC8096交换芯片的高速serdes信号,HS0_S[4:9]RX[0:3]P/N对应的接口和HS0_S[4:9]TX[0:3]P/N对应的接口,HS1_S[0:9]RX[0:9]P/N对应的接口和HS1_S[0:9]TX[0:3]P/N对应的接口,CS0_S[0:1]RX[0:3]P/N对应的接口和CS0_S[0:1]TX[0:3]P/N对应的接口,CS1_S[0:1]RX[0:3]P/N对应的接口和CS1_S[0:1]TX[0:3]P/N对应的接口,分别接到VPX连接装置的P2-P6的高速差分信号上,对外提供20路40GBASE-KR4交换端口,可用于机箱各模块间的背板互联。
BMC管理单元主芯片采用AST2400,CPU和管理单元之间UART实现数据通讯,将龙芯2H的RXD和BMC的TXD互联、龙芯2H的TXD和BMC的RXD互联,从而将交换端口信息状态上报给BMC管理单元。BMC管理单元将收集的模块信息以及机箱信息可通过两种方式完成上报,方式一:通过P1连接器上pinB4和pinC4分别连接到第一第一PHY网络芯片(JEM88E1111HV)的CHMC_RXD_P和CHMC_RXD_N,同时P1连接器上pinE4和pinF4还分别连接到第一PHY网络芯片的CHMC_TXD_P和CHMC_TXD_N,实现1路100M以太网传输,将信息上报给上级系统;方式二:BMC管理单元主芯片AST2400的MAC控制器为RGMII接口,通过第二PHY网络芯片(JEM88E1111HV)后将RGMII接口转成SERDES接口与国产芯片CTC8096的HS1_S3_RX3_P/N和HS1_S3_TX3_P/N互联,将管理信息先输入到交换功能单元,交换功能单元再通过VPX连接装置把数据上报到其他端点处,从而实现机箱机数据平面的管理。控制平面的管理上采用双冗余IPMB系统管理总线来实现,其中,BMC的IPMB_DATA1和IPMB_CLK1,分别接到P0连接器的F4和G4管脚上,BMC的IPMB_DATA0和IPMB_CLK0,分别接到P0连接器的A5和B5管脚上,采用双冗余架构提高系统的可靠性。
该以太网交换装置电源采用12V和3.3V_AUX供电,12V从VPX连接装置P0的pinA1/pinB1/pinC1/pinE1/pinF1/pinG1和pinA2/pinB2/pinC2/pinE2/pinF2/pinG2输入,3.3V_AUX从P0的pinD5和P1连接器的pinG3输入,12V和3.3V_AUX电源分别输入两个N-MOS管的pin5/pin6/pin7/pin8/,通过热插拔芯片LTC4280的GATE控制输出来来开启N-MOS管的pin4,12V和3.3V_AUX电源从N-MOS管的pin1/pin2/pin3输出,从而实现电源的热插拔上电,系统电源的功能是将输入的12V和3.3V_AUX电源采用DC/DC控制器输出1.0V/1.2V/1.5V/3.3V各档电压,为交换功能单元、CPU配置单元、BMC管理单元以及PHY网络芯片供电,确保以太网交换装置的供电正常。
以太网交换装置时钟输入主要有差分时钟和单端时钟。其单端时钟主要有两种:48M和25M,48M晶振输入到BMC管理芯片的CLKIN管脚,用于BMC管理芯片的外部时钟输入;25M晶振主要用于第一PHY网络芯片和第二PHY网络芯片的参考时钟输入,分别输入到网络芯片的PHY1_CLK1和PHY2_CLK2,作为以太网传输的参考时钟。交换功能单元和CPU配置单元主要采用的是差分时钟,HSS_REFCLK0_P/N作为CTC8096交换的参考时钟,从时钟发生器SI5335的管脚CLK0A/B输出,输入到CTC8096芯片的管脚HSS_REFCLK0_P/N;同时,从时钟发生器SI5335的管脚CLK1A/B输出的时钟,输入到CTC8096芯片的管脚CORE_REFCLK_P/N,作为CTC8096芯片的参考时钟。从时钟发生器SI5335的管脚CLK2A/B输出的时钟,输入到CPU的PCIE_REFCLKP/N作为龙芯2H的PCIE参考时钟。
为满足时钟要求,以太网交换装置的差分时钟采用单个差分时钟实现,具有精度高、抖动小的特点,该设计可减少以太网的丢包率,提高以太网交换装置的性能。
该以太网交换装置的连接器采用国产高速连接器,单差分线最高可满足20Gbps的传输要求,连接器的选用完全符合openvpx的规范。其中P0连接器型号为VPX20-1111-0004,P0连接器主要是系统电源的输入;P1/P2/P3/P4/P5/P6连接器主要是高速差分连接器,型号为VPX20-1132-0001,其中P1连接器上提供15组千兆以太网接口,将输入的数据通过以太网交换功能单元转发到其他端点,P2/P3/P4/P5/P6提供20组40G以太网,将外部输入的大容量数据通过以太网交换功能单元转发到其他端点,以满足高带宽的场所需求。
HJ30J连接器主要是CPU芯片和BMC管理芯片的调试串口,其中,CPU的调试串口CPU_TXD和CPU_RXD,分别接到HJ30J连接器的pin10和pin11;BMC管理芯片的调试串口,BMC_TXD和BMC_RXD,分别接到HJ30J连接器的pin1和pin2,CPU和BMC的调试串口用于在线调试和初步的故障定位。
本方案采用先进的openvpx的架构,通过模块化、标准化的设计,可增强厂商之间的设备互操作性,缩短了新产品开发周期。由于模块具有高性能、模块化及灵活性强等特点,未来40G以太网交换模块可用于多个信息处理平台中,在环境苛刻的领域得到应用验证,为在军工、航空航天等领域的广泛应用奠定了结实的基础。
以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本实用新型并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改,这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下,本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种以太网交换装置,其特征在于,包括:
CPU单元;
交换功能单元,交换功能单元的PCIE_RX/TX管脚与CPU单元的PCIE_TX/RX管脚连接,交换功能单元的SDA/SCL管脚与CPU单元的SDA/SCL管脚连接;
BMC管理单元,BMC管理单元的TXD管脚与CPU单元的RXD管脚连接,BMC管理单元的RXD管脚与CPU单元的TXD管脚连接;
VPX连接装置,VPX连接装置分别与交换功能单元及BMC管理单元连接;其中
CPU单元为龙芯2H,交换功能单元为CTC8096芯片,BMC管理单元为AST2400芯片。
2.根据权利要求1所述的以太网交换装置,其特征在于,VPX连接装置包括连接器P0、连接器P1、连接器P2、连接器P3、连接器P4、连接器P5及连接器P6;其中
连接器P0的F4管脚、G4管脚、A5管脚和B5管脚分别与BMC管理单元的IPMB_DATA1管脚、IPMB_CLK1管脚、IPMB_DATA0管脚和IPMB_CLK0管脚连接;
连接器P0为VPX20-1111-0004;连接器P1、连接器P2、连接器P3、连接器P4、连接器P5及连接器P6为VPX20-1132-0001。
3.根据权利要求2所述的以太网交换装置,其特征在于,还包括热插拔芯片,热插拔芯片连接连接器P0及系统电源。
4.根据权利要求3所述的以太网交换装置,其特征在于,交换功能单元的HS0_S[0:3]RX[0:3]P/N所对应的接口和HS0_S[0:3]TX[0:3]P/N所对应的接口与连接器P1的差分信号对应的管脚连接;
交换功能单元的HS0_S[4:9]RX[0:3]P/N所对应的接口和HS0_S[4:9]TX[0:3]P/N所对应的接口,HS1_S[0:9]RX[0:9]P/N所对应的接口和HS1_S[0:9]TX[0:3]P/N所对应的接口,CS0_S[0:1]RX[0:3]P/所对应的接口N和CS0_S[0:1]TX[0:3]P/N所对应的接口,CS1_S[0:1]RX[0:3]P/N所对应的接口和CS1_S[0:1]TX[0:3]P/N所对应的接口分别与连接器的P2~连接器的P6的高速差分信号对应的管脚连接。
5.根据权利要求4所述的以太网交换装置,其特征在于,还包括第二PHY网络芯片,第二PHY网络芯片的RGMII接口与CPU单元的RGMII接口连接,第二PHY网络芯片的串行/解串信号对应的端口与交换功能单元的HS1_S3_RX3_P/N所对应的接口和HS1_S3_TX3_P/N所对应的接口连接。
6.根据权利要求5所述的以太网交换装置,其特征在于,还包括单端时钟,单端时钟包括48M晶振和25M晶振;其中
48M晶振输入到BMC管理单元的CLKIN管脚;
25M晶振分别与第一PHY网络芯片的PHY1_CLK1管脚和第二PHY网络芯片的PHY2_CLK2管脚连接。
7.根据权利要求6所述的以太网交换装置,其特征在于,还包括HJ30J连接器,HJ30J连接器10号管脚和11号管脚分别与CPU单元的CPU_TXD管脚和CPU_RXD管脚连接;
HJ30J连接器1号管脚和2号管脚分别与BMC管理单元的BMC_TXD管脚和BMC_RXD管脚连接。
8.根据权利要求7所述的以太网交换装置,其特征在于,连接器P1的pinB4管脚和pinC4管脚分别连接到第一PHY网络芯片的CHMC_RXD_P管脚和CHMC_RXD_N管脚;
连接器P1的pinE4管脚和pinF4管脚分别连接到第一PHY网络芯片的CHMC_TXD_P管脚和CHMC_TXD_N管脚。
9.根据权利要求7所述的以太网交换装置,其特征在于,还包括第一PHY网络芯片,第一PHY网络芯片的RGMII接口与CPU单元的RGMII接口连接,第一PHY网络芯片的MDI管脚连接到网络屏蔽插座上。
10.根据权利要求8或9所述的以太网交换装置,其特征在于,第一PHY网络芯片及第二PHY网络芯片为JEM88E1111HV芯片。
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