原标题：基于MPC8245处理器和BCM56500芯片实现交换型路由器的设计方案

基于Freescale MPC8245处理器和Broadcom BCM56500芯片的交换型路由器设计方案

引言

随着网络技术的飞速发展，对路由器和交换机的性能要求日益提高。传统的路由器采用软件实现路由功能，已难以满足大规模网络环境中的高速转发和复杂路由协议的需求。因此，基于硬件加速的交换型路由器应运而生。本文详细介绍了一种基于Freescale MPC8245高性能RISC CPU和Broadcom BCM56500高速交换芯片实现的交换型路由器设计方案，旨在满足现代网络环境中对高性能、高可靠性和可扩展性的要求。

主控芯片型号及其作用

Freescale MPC8245处理器

型号概述

Freescale MPC8245是一款基于PowerQUICC II系列的32位嵌入式RISC处理器，它集成了高性能的CPU核心、丰富的外设接口以及低功耗设计，非常适合用于网络设备和嵌入式系统。MPC8245采用了MPC603e核，支持高达333 MHz的时钟频率，具有强大的数据处理能力。此外，该处理器还配备了DUART接口、双通道DMA控制器和标准I2C控制器等通用模块，便于与各种外设进行高效通信。

在设计中的作用

1. 控制平台核心：MPC8245作为交换型路由器的控制平台核心，负责整个系统的管理和控制任务。它运行操作系统（如VxWorks），通过软件实现对BCM56500交换芯片的初始化、配置和监控。

2. 数据处理：虽然MPC8245不直接参与数据包的转发，但它负责处理来自交换芯片的路由表更新、控制信令以及动态路由协议（如OSPF、EIGRP）的计算和决策。

3. 接口扩展：MPC8245提供丰富的外设接口，如PCI总线接口，便于与其他硬件模块（如BCM56500）进行高速数据交换和控制信号传输。

Broadcom BCM56500交换芯片

型号概述

Broadcom BCM56500是一款集成了24个千兆位以太网端口的多层交换芯片，支持IPv4和IPv6协议，具备强大的数据包处理能力和灵活的配置选项。该芯片内部集成了2MB数据包缓冲内存，支持硬件处理的二层交换、三层路由以及二到七层数据包的分类和过滤功能。BCM56500支持PCI总线2.2标准，便于与主控制器（如MPC8245）进行通信和数据交换。

在设计中的作用

1. 数据包转发：BCM56500是交换型路由器的核心交换单元，负责高速转发数据包。它通过内置的千兆接口控制器（GPIC）和地址解析逻辑（ARL）实现数据包的接收、处理和转发，确保数据包在网络中的高效传输。

2. 路由功能实现：BCM56500支持三层路由功能，能够根据路由表将数据包从源地址转发到目的地址。通过CPU管理接口（CMIC），MPC8245可以配置BCM56500的路由表，实现复杂的路由策略。

3. 高性能缓存：BCM56500内部集成的2MB数据包缓冲内存，为数据包转发提供了充足的缓存空间。通过高效的内存管理单元（MMU），BCM56500能够确保数据包在缓存中的快速存取和调度，提高整体转发效率。

系统设计方案

硬件设计

1. CPU控制单元：采用Freescale MPC8245处理器作为控制平台核心，配置足够的内存（如SDRAM）和闪存（如Flash）以支持操作系统和应用程序的运行。

2. 交换单元：选用Broadcom BCM56500交换芯片作为核心交换单元，通过PCI总线与MPC8245处理器相连。BCM56500提供24个千兆以太网端口，支持高速数据包转发和三层路由功能。

3. 物理层芯片：采用Broadcom BCM5464和BCM5461物理层芯片，分别提供4个和1个千兆电接口（SGMII接口），用于接入前面板和板内使用。此外，BCM56500的SERDES接口还用于接出2路千兆光接口和其余16路千兆端口接入系统背板。

4. 其他硬件模块：包括RJ45/光接口单元、CPU连接器单元、时钟单元和电源单元等，共同构成完整的交换型路由器硬件系统。

软件设计

1. 操作系统选择：采用WindRiver公司的VxWorks实时操作系统作为控制平台的软件基础。VxWorks以其高可靠性和实时性著称，非常适合用于网络设备中。

2. 初始化与配置：在CPU最小系统（CPU+SDRAM+Flash+串口）

   上电后，MPC8245处理器首先从Flash中加载引导程序（Bootloader），如U-Boot，进行硬件初始化，包括内存测试、时钟配置、外设初始化等。随后，引导程序加载VxWorks操作系统内核到内存中，并启动操作系统。

在VxWorks启动后，路由器系统将进行进一步的软件配置。这包括初始化BCM56500交换芯片，配置其路由表、ACL（访问控制列表）、QoS（服务质量）策略等。MPC8245通过PCI总线与BCM56500进行通信，发送配置命令和参数，确保交换芯片按照预定的网络策略运行。

路由协议与动态路由

为了支持复杂的网络环境，路由器需要实现多种路由协议。MPC8245处理器上的VxWorks系统可以运行多种路由协议软件，如OSPF（开放最短路径优先）、EIGRP（增强型内部网关路由协议）等。这些路由协议软件通过读取网络接口状态、收集路由信息，并计算出最佳路由路径，然后将这些路由信息更新到BCM56500的路由表中。

动态路由协议不仅能够在网络拓扑发生变化时自动更新路由表，还能通过与其他路由器交换路由信息，实现整个网络的路由同步和优化。MPC8245处理器的高性能和多任务处理能力，为这些复杂路由协议的实现提供了有力支持。

安全与性能优化

在安全方面，路由器系统需要实现多种安全机制，如ACL、防火墙规则、加密通信等。MPC8245处理器可以通过软件实现这些安全策略，而BCM56500交换芯片则可以通过其硬件加速能力，对数据包进行快速过滤和分类，提高安全处理效率。

在性能优化方面，路由器系统需要充分利用BCM56500交换芯片的高性能特性。通过合理的流量管理和调度策略，可以确保数据包在交换芯片中的高效传输和转发。同时，MPC8245处理器还可以对系统资源进行动态调整和优化，以适应网络流量的变化。

可扩展性与可维护性

为了满足未来网络扩展的需求，路由器系统需要具备良好的可扩展性。这包括硬件模块的扩展（如增加网络接口、扩展存储空间等）和软件功能的升级（如支持新的路由协议、增加安全特性等）。MPC8245处理器和BCM56500交换芯片都支持模块化设计，便于进行硬件扩展和升级。同时，VxWorks操作系统也提供了丰富的API和工具，支持软件功能的灵活定制和升级。

在可维护性方面，路由器系统需要提供完善的监控和管理功能。MPC8245处理器可以运行网络管理软件（如SNMP代理），实时监测路由器的运行状态和性能指标。同时，还可以通过Web界面或命令行接口（CLI）对路由器进行远程管理和配置。这些功能使得网络管理员能够方便地监控和维护路由器系统，确保网络的稳定运行。

结论

基于Freescale MPC8245处理器和Broadcom BCM56500芯片的交换型路由器设计方案，充分利用了两款芯片的高性能和灵活性，实现了高速数据包转发、复杂路由协议支持、高效安全处理和良好可扩展性等功能。该方案不仅满足了现代网络环境对高性能、高可靠性和可扩展性的要求，还提供了丰富的监控和管理功能，便于网络管理员进行远程管理和维护。随着网络技术的不断发展，该方案将在更广泛的网络应用场景中发挥重要作用。