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?
摘要：
BCM5690
是
BroadCOM
公司推出的集成有
12
个千兆端口和１个万兆端口
的多层交换芯
片。文章比较全方面地介绍了该芯片的结构和功能特性，给出了他的访问控
制方式和数据流程，同时给出
了用ＢＣＭ５６９０设计交换整机的硬件结构和软件实现方
法。
关键词：
千兆以太网；
BCM5690
；堆叠；数据流程
目前，万兆芯片技术不断取得新的发展
，尤其在
“
真
”
万兆的问题上，只有拥有更先进的芯片，设备厂
商才能够在芯片功能和特性的基础上研
发自身的交换机体系架构。虽然Ｂｒｏａｄｃｏｍ、Ｉｎｔｅｌ、
Ｍａｒｖｅｌｌ、美国
国家半导体（ＮＳ）、英飞凌（Ｉｎｆｉｎｅｏｎ）和意法半导体（ＳＴＭｉｃｒ
ｏ
ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）
都推出了最新
的千兆以太网芯片产品。
但万兆芯片的发展无疑会从硬件和架
构
层面来加快万兆产品的发展速度。
为此，
ＢｒｏａｄＣＯＭ公司研发了
ＢＣＭ５６９０（１２＋１）单芯片交换方案。该集成电路芯
片集成１２个千兆端口和１
个万兆端口，是一款功能比较强大和全方面的三层千兆以太网交换芯片。文中
将周详介绍
ＢＣＭ５６９０芯片的功能特性及基于该芯片的交换机实现方法。
１
ＢＣＭ５６９０芯片简介
１．１
ＢＣＭ５６９０芯片结构
ＢＣＭ５６
９０是芯片提供有１２个ＧＥ接口（千兆端口）和１个ＨｉＧｉｇ接口（内联端口），并
具有堆叠功能。器件的端口采用ＰＣＩ接口进行管理。其结构框图如图１所示。
由图１能看出：ＢＣＭ５６
９０芯片由以下一些主要功能模块组成：
（１）ＧＩＧＡ接口
控制器ＧＰＩＣ：用于提供ＧＥ口和交换逻辑之间的接口。
（
２）
内联端口
（ＨｉＧｉｇ）
控制器Ｉ
ＰＩＣ：
主要提供ＨｉＧｉｇ口和内部交换逻辑之间的接口，
有
时也被用于多片ＢＣＭ５６９０之间的堆叠操作。
（３）
ＣＰＵ管理接口ＣＭＩＣ：主
要提供ＣＰＵ和ＢＣＭ５６９０设备不同功能块之间的接口，
同时也用于诸如ＭＩＩＭ、
Ｉ２Ｃ和灯的处理等功能。该模块通过ＰＣＩ接口和ＣＰＵ相联，可使ＣＰＵ
访问和控制
ＢＣＭ５６９０，而ＤＭＡ引擎则支持数据从ＣＰＵ传向ＢＣＭ５６９０或从ＢＣＭ５６９０
传向ＣＰＵ。
（４）
地址解析逻辑ＡＲＬ：该逻辑功能模块可在数据包的基础上确定该数据包的转发策略。他利
用二层表（Ｌ２＿ＴＡＢＬＥ）、二层组播表
?
Ｌ２ＭＣ
ＴＡＢＬＥ
?
、三层表（Ｌ３＿ＴＡＢＬＥ）、三
层最长前缀匹配表（ＤＥＦ＿ＩＰ＿Ｈ
Ｉ和ＤＥＦ＿ＩＰ＿ＬＯ）、三层接口表
?
Ｌ３－ＩＮＴＦ
?
、ＩＰ
组播表（Ｌ３＿ＩＰＭＣ）、ＶＬＡＮ表（ＶＬＡＮ）及ｓｐａｎｎｉｎｇ
< br>
ｔｒｅｅ
Ｇｒｏｕｐ表（Ｖ
ＬＡＮ＿ＳＴＡＧ）来决定怎么转发数据包。
（５）
公共缓冲池ＣＢＰ
?
ＣＢＰ实际上是１ＭＢ共享的包缓冲区。ＣＢＰ由８１９２（８Ｋ）个单
元组成，每个单元１２８字节。设备里的每个数据包消耗一至多个单元。
（６）
内存管理单元ＭＭＵ：
ＢＣＭ５６９０有一个独立的内存管理单元。每个ＭＭＵ和设备的功能
块（ＧＰＩＣ、
ＩＰＩＣ等）相关联。ＭＭＵ负责数据包的缓冲和调度。他首先接收数据包，然后再将数
据包缓冲，并在发送时加以调度，同时他还管理交换单元的流控特性。概括来说，就是缓冲逻辑、调度逻
辑、流控逻辑。缓冲逻辑从ＣＰ－ＢＵＳ接收包并存放在ＣＢＰ，同样也从ＣＢＰ获取包并将他们
发送到
ＣＰ－ＢＵＳ上去。包的发送顺序由调度逻辑根据包的优先级别确定。流控逻辑包
括Ｈｅａｄ－ｏｆ－Ｌ
ｉｎｅ
?
ＨＯＬ
?
阻塞预防和Ｂａｃｋｐ
ｒｅｓｓｕｒ
ｅ两种方式。
这些功能模块之间可通过两条内部
总线联系起来：ＣＰ－Ｂｕｓ（图１粗<
/p>
黑线所示）、Ｓ－Ｃｈａｎｎｅｌ
Ｂｕ
ｓ
?
图１细黑线所示
< br>?
。其中ＣＰ－Ｂｕ
ｓ用于芯片内数据包的高速传输，他
支
持所有端口的同时线速转发。而Ｓ－Ｃ
ｈａｎｎｅｌ
Ｂｕｓ则有两个作用：第
一是用于ＭＭＵ到其
他功能块的流控；
第二是通过ＣＭＩＣ利用软件控制来访
问内部
寄存器和表。
１．２
ＢＣＭ５６９０芯片特性
及功能介绍
Ｂｒｏａｄｃｏｍ公司ＸＧＳ系
列芯片的重要特性是具有堆叠功
能，该
功能能将多个交换芯片组合在一起，以
形成一个更大规模
的系统，或将多个带交换芯片的系统组合在一起形成一个完整的系统设备。这种功能最
多
能实现３０个设备的堆叠。
ＢＣＭ５６９０能够通过Ｈｉ－Ｇ
ｉｇ和ＧＩＧＡ来扩展系统容量。
他有四种模式，
其中ｃａｓｃ
ａ
ｄｅ模式通过Ｈｉ－Ｇｉｇ口单向互联来形成
(
环行组网
)
；而全双工堆叠模式则通过ＢＣＭ５６９
０的Ｈ
ｉ－Ｇｉｇ口双向地和ＢＣＭ５６７Ｘ相连来扩展容量
(
环形组网
)
；第三是ｃｈａｓｓｉｓ模
式，该模式
是将Ｈｉ－Ｇｉｇ通过背板互连形成（星形组网）。可实现冗余备份和逐级交
换，不需中转，且效率比环
行组网高；最后是ＳＬ形式的堆叠，他通过ＧＩＧＡ口来互连
ＢＣＭ５６９０。图２所示为ＢＣＭ５６９
０的逻辑框图。
<
/p>
ＢＣＭ５６９０是一款千兆以太网交换芯片，
他支持二层交换、<
/p>
三层路由及第２～７层数据包的分类
和过滤等。
< br>
地址解析逻辑是ＢＣＭ５６９０集成电路芯片的中心部件
?
ＧＰＩＣ的入口逻辑用他来决定单个包的
转发方向。
ＢＣＭ５６９０集成电路芯片中的快速过滤处理器
< br>（ＦＦＰ）
是个通过第２～７层数据包进行分类和
过滤的
引擎。每个ＧＥ口各有一个ＦＦＰ来负责包的分类和更新。ＦＦＰ能通过设置寄存器ＧＩＭＡＳＫ
和ＧＩＲ
-
ＵＬＥ来改动符合条件的数据包特性
?
其中ＧＩＭＡＳＫ用于设置匹配选项，ＧＩＲＵＬＥ用于