一种交换机业务卡的设计方法

赖国洪

（锐捷网络股份有限公司 福建省福州市 350002）

机架式交换机系统，一般由业务卡、交换矩阵卡（交换网板）、管理板（支持冗余）及背板系统组成，完成性能验证或测试，需要这几个系统共同配合。板间互联信号主要由数据及控制管理组成，N 张业务卡通过背板分别将数据通道连接到交换矩阵卡，同时业务卡及交换矩阵卡将控制管理信号连接至管理板，实现统一管理。产品开发联调或测试时，需要这几个系统共同配合完成。

在业务卡、管理板由不同部门或厂家开发时，本方法设计的业务卡能够在不使用管理板的情况下，模拟出管理板的功能。结合简易的背板装置，可以在业务卡上实现管理板相关功能的验证及问题回归，也可实现与管理板交互的控制信号、数据信号的硬件通路测试。这种设计能够更好的确保业务卡的质量，在业务上实现管理板功能的验证，减少管理板开发的硬件成本，简化项目开发流程，缩短项目开发周期。

1 业务卡硬件设计框图

本文的业务卡包含CPU 系统、可编程逻辑控制PLD、开关器件S/W、交换芯片及背板连接器。业务卡配合背板简易装置，可在无管理板的情况下，实现管理板相关功能的验证及问题回归，也可实现与管理板交互的控制信号、数据信号的硬件通路测试。具体硬件系统框图如图1所示。

图1：硬件系统框图

2 业务卡设计实现方法

本业务卡能够在没有管理板的情况下，模拟出管理板的功能，进而实现整个系统的验证及测试。模拟管理板的管理功能，需要通过使用开关器件S/W，虚拟出由管理板输入或输出至业务卡的信号。本业务卡设计虚拟连接信号应用场景具体描述如图2所示。

图2：业务卡虚拟信号连接图

连接至背板的实际信号主要有跨卡交换数据信号KR，管理控制类信号包括在位信号PRE#、主从管理仲裁结果信号SMC0_SEL/SMC1_SEL、槽位信号SW_ID0/SW_ID1、I2C 监控信号SMC0_IIC/SMC1_IIC、复位信号SMC0_RST/SMC1_RST、中断信号INT#、带外管理接口SGMII0/SGMII1 等。这些实际信号通过背板装置，通过开关器件虚拟连接至BP_PLD 及CPU，模拟出管理板的硬件通路。

控制开关器件S/W 实现相应通道的选通或关闭。该设计可以确保该业务卡用在实际的系统时，将虚拟信号进行隔离，有效避免对实际系统的影响。开关器件的设计方案描述如图3所示。

图3 为该业务卡使用的开关器件及信号，其中信号包括实际使用及虚拟使用的，开关的选通由业务卡通过CPU 对PLD 逻辑进行控制。

图3：开关器件设计图

（1）信号前标识为BP 的表示连接到背板连接器端，标识含TEST 的表虚拟连接信号；

（2）所有开关器件S/W 支持1 路或2 路的开关特性，选通由控制管脚EN 决定，EN 为低电平有效，默认为高电平，即开关闭合通路断开。如S/W3，1A1、1A2 由EN3 控制，1B1、1B2 由EN4控制。此外，S/W 具有热插拔特性，可以保护主芯片不受插拔过程的过流、过压冲击；

（3）S/W1 的EN1 默认是开启的，SMC_SEL 信号是管理板的仲裁结果输出信号，它决定了主从管理板对I2C 总线及带外通道的控制权。它的真值与含义如表1所示。

表1：SMC_SEL 真值表

PLD 根据采集到的SMC_SEL 信号，控制S/W3、S/W4、S/W5的选通。

例如SMC0_SEL=1，SMC1_SEL=1，即SMC0 获取控制权，BP_SMC0_SCL/SDA 选通，则S/W3 的EN3=0，EN4=1；S/W4 的EN5=0，EN6=1；S/W5 的EN7=0，EN8=1。此外，S/W2、S/W4、S/W5 的EN 开启的前提是虚拟测试使能标志VIRTUAL_EN=1，否则EN2/EN5/EN6/EN7/EN8 都是禁止的。

SW_ID 是槽位信号，管理板端根据业务卡在位Present 信号获取某个槽位板卡插拔状态后，输出SW_ID 给业务卡端，业务卡端根据SW_ID 值进行默认IP 的配置。四槽位的SW_ID 真值表如表2所示。

表2：SW_ID 真值表

例如SW_ID[1:0]=01，表示ID=1，即业务卡位于1 槽，则业务卡端配置默认IP：192.168.0.(200+id)即192.168.0.201，Netmask1:255.255.255.0。

INT#信号是业务卡输出给管理板的中断信号，低电平有效。

（4）S/W3 的EN3、EN4 的控制是由S/W1 的SMC_SEL 值决定的，任一时刻，最多只有一个通道选通，保证只有一个IIC 主控制器；

（5）S/W2 的EN2 默认是关闭的，只有在VIRTUAL_EN=1 时才有效。S/W2 可作为从管理板输出或输入的SMC_SEL、SW_ID，INT#、PRE#等的模拟信号的选通开关；

（6）S/W4、S/W5 的EN5、EN6、EN7、EN8 默认是关闭的，在VIRTUAL_EN=1 时，根据SMC_SEL 的值进行相关通道的选通，可作为从管理板输出或输入的IIC、RST、SGMII 等信号的选通开关。

3 业务卡软件设计实现方法

业务卡的软件部分，主要包含生产测试程序与主程序。生产测试程序，主要用于检验硬件系统设计的准确性及硬件通路的完整性，一般用于产品开发过程测试使用；主程序是提供给客户使用的系统程序。图4 为软件工作流程简图。

图4：软件工作流程简图

软件设计说明如下：

（1）业务卡输入电源，原是机箱电源通过背板提供。这边可以将电源插座放在背板装置，同时在业务卡主板端预留电源插座，用于调试。上、下电由BP_PLD 控制，实现软件控制上、下电。BP_PLD 及S/W 由standby 电源供电。

（2）主板按照上电时序完成上电，当最后一路电压完成上电后，反馈输出至BP_PLD，置位POWER OK 标识，表明上电正常，否则重启，直到恢复正常；

（3）SW_ID 为管理板检测到业务卡在位后，根据不同槽位输出的代表槽位的信号，业务卡根据信号组合配置带外管理接口的默认IP；

（4）VIRTURL_EN 为BP_PLD 的虚拟信号使能标识，默认为使能关闭VIRTURL_EN=0，即对应客户用的主程序，S/W 此时是不生效的，虚拟信号做到很好的隔离。生测测试程序版本需要软件将该标识位置1 使VIRTURL_EN=1，S/W 相应通道才可开启；

（5）生产测试下，配合背板装置，除了对业务卡本身的硬件设计通路进行测试，增加的管理板功能测试项也将执行，测试全面；

（6）主程序下，如果需要进行客户环境模拟或功能验证，也可以配合背板装置，同时手动将VIRTURL_EN 开启，极大方便在无管理板及背板系统环境时，对交互信号的调测。

4 结论

本文描述了该业务卡的硬件系统框图及实现对管理板功能进行模拟的方法。在无管理板的情况下，该业务卡能够实现管理板相关功能的验证及问题回归，同时，可实现与管理板交互的控制信号、数据信号的硬件通路测试。

本文的设计方法不限于用在传统机架式产品的业务卡、刀片交换机的业务卡，也适用于其它系统的业务卡类型，适用性强。设计以仲裁信号SMC_SEL、IIC 信号SMC_IIC、槽位信号SW_ID、复位信号SMC_RST、中断信号INT#、带外管理接口信号SGMII为例描述了一种实现管理板功能验证的业务卡设计方法及背板装置，对于其它与管理板交互的信号或接口类型，如PRESENT、1000BASE-X 等也是适用的，设计描述的是一种实现方法。通过本设计，交换机业务卡具备如下优点：

（1）不需要依赖管理板及背板系统实现业务卡本身及与管理板交互的信号的测试及功能验证，提高开发效率，极大节省硬件开发成本；

（2）实现方式简单，新增的虚拟信号可以做到完全隔离，对传统业务卡系统设计及软件没有影响，能够在客户不提供机箱系统的前提下，完成信号的测试及问题的定位，尽可能的接近客户实际系统应用场景，大大提高产品品质；

（3）该设计方法可移植性强，与管理板交互的信号都可以通过这种设计方法实现，适用于所有类型的业务卡。