基于Marvell芯片的千兆光纤以太网交换机

魏 然，龚焕星，苏小柳

（中国电子科技集团公司 第三十四研究所，广西 桂林541004）

基于Marvell芯片的千兆光纤以太网交换机

魏 然，龚焕星，苏小柳

（中国电子科技集团公司 第三十四研究所，广西 桂林541004）

为确保通信设备的以太网数据业务在恶劣使用环境下保持稳定和畅通，设计了一种基于Marvell芯片的千兆光纤以太网交换机，描述了交换机的整体架构和各功能模块的电路设计，并对其试验环境和测试结果进行了说明。

Marvell；千兆以太网；以太网交换机

0 引言

近年来，以太网已成为人们生活中不可或缺的一部分，以太网传输数据的稳定性也愈发重要。在以太网到桌面的应用中，大多数企业采用千兆和百兆以太网交换机进行组网，交换机与交换机、交换机与终端之间距离较近时可用双绞线连接，距离较远时必须使用光纤传输[1]。Marvell公司是世界上几大主流交换芯片的供应商之一，生产的芯片性能优越，功能强大。为确保恶劣使用环境下以太网数据业务的稳定和畅通，本文提出一种基于Marvell芯片的千兆光纤以太网交换机。

1 系统设计和模块功能描述

本文设计的千兆光纤以太网交换机由2个1000Mb/s光接口、4个10/100/1000Mb/s电接口和24个10/100Mb/s电接口组成，其结构图如图1所示。

图1 千兆光纤以太网交换机结构图

1.1 千兆交换电路

千兆交换电路是本交换机的核心电路,由交换机芯片88E6185设 计而成，主要完成千兆以太网数据帧的二层数据交换、地址学习、老化、端口镜像、组播和生成树等功能。88E6185芯片集成了10个1000Mb/s高速串行收发器（SERDES）接口，在本设计中，端口0～3与四通道千兆物理层芯片88E1145通过SERDES接口互连，提供 4个 10/100/1000Mb/s以太网电接口。端口4～6与3片交换机芯片88E6095F的千兆SERDES接口级联。端口7、8配置为光接口模式与1.25Gb/s光收发模块直连,提供2个千兆以太网光接口。端口9配置为MII接口与CPU连接，实现任意端口的管理功能。

1.2 百兆交换电路

百兆交换电路中采用的交换机芯片88E6095F支持二层以太网数据交换、地址学习和老化、VLAN、端口镜像、组播、生成树等功能，它包含8个集成了物理层 （PHY）的100Mb/s网口和3个1000Mb/s SERDES接口，其中8个100Mb/s网口可任意配置为光接口或电接口模式，3个SERDES接口均可配置为光接口模式直接驱动千兆光收发模块。

我们将3片88E6095F芯片的一个SERDES接口分别与88E6185芯片的端口4～6互连,每片88E6095F芯片的8个10/100Mb/s以太网口作为用户接口，利用交换机的级联模式扩展出24个百兆接口[2]。因为百兆用户接口的最大带宽为100Mb/s，8路总和为800Mb/s,不超过一个SERDES接口的1000Mb/s带宽，所以在数据交换过程中不会造成网络数据阻塞。

1.3 物理层电路和接口电路

物理层芯片88E1145集成了4路独立的千兆以太网收发器，提供遵循IEEE 802.3标准的10BASET、100BASE-TX和1000BASE-T物理层接口，具有3种速率、全双工/半双工的自适应和自动交叉功能。88E1145芯片的4路SGMII接口与88E6185芯片的SERDES接口互连，完成SERDES接口到用户千兆电接口的转换，此时SERDES接口运行SGMII协议。

本交换机的接口电路包括千兆光接口电路、千兆电接口电路和百兆电接口电路。光接口电路主要由光收发模块和外围匹配电路组成，与88E6185芯片的SERDES接口直连，实现用户千兆光接口。千兆和百兆电接口电路分别由千兆和百兆以太网变压器与外围匹配电路组成，实现用户千兆和百兆电接口。

1.4 CPU控制模块

CPU控制模块逻辑图如图2所示，控制模块由处理器、FLASH、SDRAM、FPGA、单电源电平转换芯片MAX3221等组成，主要功能是对各交换机和物理层芯片的配置、芯片内部寄存器状态查询和VLAN配置管理等。

图2 CPU模块逻辑图

处理器采用Motorola公司生产的MPC860系列高性能32位嵌入式处理器，开发环境为VxWorks。交换机管理员通过双绞线将管理计算机接入交换机的任意一个以太网口，并利用网管软件连入CPU，下发操作指令。CPU通过总线接口将指令写入FPGA内部寄存器，FPGA将其转换为各交换机和物理层芯片能识别的串行数据，通过SMI接口分别对各芯片内部寄存器进行配置和查询。

2 交换机测试与结果

2.1 丢包率测试

丢包率是指交换机因资源不足引起的包丢失率，中国通信行业标准建议交换机的丢包率应小于0.01%[3]。我们采用IXIA公司的IM12网络分析仪对千兆光纤以太网交换机进行性能测试。测试得到本交换机100M端口到100M端口和1GB端口到1GB端口的丢包率如表1所示。可以看出，本交换机在丢包率方面满足行业标准的要求。

表1 丢包率测试结果

2.2 环境试验

我们根据设计规范要求对交换机进行环境适应性测试，测试结果如下：本交换机在-40℃～+55℃时仍能正常工作，且在低气压、冲击、振动、电磁兼容、盐雾和霉菌等特殊严酷环境测试中，各项指标均能满足相关标准要求。我们将千兆光纤以太网交换机与思科和华为的多款商用路由器、交换机进行互连互通测试，均能正常通信。

3 结束语

本文采用Marvell芯片设计了一款千兆光纤以太网交换机，说明了交换机中各芯片的功能和设计方法，测试结果表明本交换机能满足相关标准要求。本交换机接口类型丰富、环境适应力强，能适用于各种环境恶劣的工业和野战场合，目前已经在某系统中成功使用。

[1]Rich Seifert.千兆以太网技术与应用[M].郎波，译.北京：机械工业出版社，2000.

[2]黄秀珍，蒋文荣，石旭刚，伍一帆.基于MC9S12NE64的千兆以太网交换机设计[J].电子技术应用，2008，34(7)：120-122.

[3]魏亮.YD/T 1099-2001,千兆比以太网交换机设备技术规范[S].北京：人民邮电出版社,2001.

Gigabit optical fiber ethernet switch base on Marvell chips

WEI Ran，GONG Huan-xing，SU Xiao-liu
(The 34th Research Institute of CETC，Guilin Guangxi 541004，China)

In order to ensure the ethernet data business of communication equipment run stably and smoothly in harsh environment,the paper designs a Gigabit optical fiber Ethernet switch with chips of Marvell,it describes the overall structure and the circuit design of switch each function models,and illustrates the test environment and results of the switch．

Marvell,Gigabit ethernet,ethernet switch

TN915

A

1002-5561（2016）04-0015-02

10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2016.04.005

2016-01-06。

魏然（1981-），男，工程师，主要从事光通信技术研发工作。