一種交換機業務卡的設計方法

賴國洪

（銳捷網絡股份有限公司 福建省福州市 350002）

機架式交換機系統，一般由業務卡、交換矩陣卡（交換網板）、管理板（支持冗余）及背板系統組成，完成性能驗證或測試，需要這幾個系統共同配合。板間互聯信號主要由數據及控制管理組成，N 張業務卡通過背板分別將數據通道連接到交換矩陣卡，同時業務卡及交換矩陣卡將控制管理信號連接至管理板，實現統一管理。產品開發聯調或測試時，需要這幾個系統共同配合完成。

在業務卡、管理板由不同部門或廠家開發時，本方法設計的業務卡能夠在不使用管理板的情況下，模擬出管理板的功能。結合簡易的背板裝置，可以在業務卡上實現管理板相關功能的驗證及問題回歸，也可實現與管理板交互的控制信號、數據信號的硬件通路測試。這種設計能夠更好的確保業務卡的質量，在業務上實現管理板功能的驗證，減少管理板開發的硬件成本，簡化項目開發流程，縮短項目開發周期。

1 業務卡硬件設計框圖

本文的業務卡包含CPU 系統、可編程邏輯控制PLD、開關器件S/W、交換芯片及背板連接器。業務卡配合背板簡易裝置，可在無管理板的情況下，實現管理板相關功能的驗證及問題回歸，也可實現與管理板交互的控制信號、數據信號的硬件通路測試。具體硬件系統框圖如圖1所示。

圖1：硬件系統框圖

2 業務卡設計實現方法

本業務卡能夠在沒有管理板的情況下，模擬出管理板的功能，進而實現整個系統的驗證及測試。模擬管理板的管理功能，需要通過使用開關器件S/W，虛擬出由管理板輸入或輸出至業務卡的信號。本業務卡設計虛擬連接信號應用場景具體描述如圖2所示。

圖2：業務卡虛擬信號連接圖

連接至背板的實際信號主要有跨卡交換數據信號KR，管理控制類信號包括在位信號PRE#、主從管理仲裁結果信號SMC0_SEL/SMC1_SEL、槽位信號SW_ID0/SW_ID1、I2C 監控信號SMC0_IIC/SMC1_IIC、復位信號SMC0_RST/SMC1_RST、中斷信號INT#、帶外管理接口SGMII0/SGMII1 等。這些實際信號通過背板裝置，通過開關器件虛擬連接至BP_PLD 及CPU，模擬出管理板的硬件通路。

控制開關器件S/W 實現相應通道的選通或關閉。該設計可以確保該業務卡用在實際的系統時，將虛擬信號進行隔離，有效避免對實際系統的影響。開關器件的設計方案描述如圖3所示。

圖3 為該業務卡使用的開關器件及信號，其中信號包括實際使用及虛擬使用的，開關的選通由業務卡通過CPU 對PLD 邏輯進行控制。

圖3：開關器件設計圖

（1）信號前標識為BP 的表示連接到背板連接器端，標識含TEST 的表虛擬連接信號；

（2）所有開關器件S/W 支持1 路或2 路的開關特性，選通由控制管腳EN 決定，EN 為低電平有效，默認為高電平，即開關閉合通路斷開。如S/W3，1A1、1A2 由EN3 控制，1B1、1B2 由EN4控制。此外，S/W 具有熱插拔特性，可以保護主芯片不受插拔過程的過流、過壓沖擊；

（3）S/W1 的EN1 默認是開啟的，SMC_SEL 信號是管理板的仲裁結果輸出信號，它決定了主從管理板對I2C 總線及帶外通道的控制權。它的真值與含義如表1所示。

表1：SMC_SEL 真值表

PLD 根據采集到的SMC_SEL 信號，控制S/W3、S/W4、S/W5的選通。

例如SMC0_SEL=1，SMC1_SEL=1，即SMC0 獲取控制權，BP_SMC0_SCL/SDA 選通，則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 開啟的前提是虛擬測試使能標志VIRTUAL_EN=1，否則EN2/EN5/EN6/EN7/EN8 都是禁止的。

SW_ID 是槽位信號，管理板端根據業務卡在位Present 信號獲取某個槽位板卡插拔狀態后，輸出SW_ID 給業務卡端，業務卡端根據SW_ID 值進行默認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，即業務卡位于1 槽，則業務卡端配置默認IP：192.168.0.(200+id)即192.168.0.201，Netmask1:255.255.255.0。

INT#信號是業務卡輸出給管理板的中斷信號，低電平有效。

（4）S/W3 的EN3、EN4 的控制是由S/W1 的SMC_SEL 值決定的，任一時刻，最多只有一個通道選通，保證只有一個IIC 主控制器；

（5）S/W2 的EN2 默認是關閉的，只有在VIRTUAL_EN=1 時才有效。S/W2 可作為從管理板輸出或輸入的SMC_SEL、SW_ID，INT#、PRE#等的模擬信號的選通開關；

（6）S/W4、S/W5 的EN5、EN6、EN7、EN8 默認是關閉的，在VIRTUAL_EN=1 時，根據SMC_SEL 的值進行相關通道的選通，可作為從管理板輸出或輸入的IIC、RST、SGMII 等信號的選通開關。

3 業務卡軟件設計實現方法

業務卡的軟件部分，主要包含生產測試程序與主程序。生產測試程序，主要用于檢驗硬件系統設計的準確性及硬件通路的完整性，一般用于產品開發過程測試使用；主程序是提供給客戶使用的系統程序。圖4 為軟件工作流程簡圖。

圖4：軟件工作流程簡圖

軟件設計說明如下：

（1）業務卡輸入電源，原是機箱電源通過背板提供。這邊可以將電源插座放在背板裝置，同時在業務卡主板端預留電源插座，用于調試。上、下電由BP_PLD 控制，實現軟件控制上、下電。BP_PLD 及S/W 由standby 電源供電。

（2）主板按照上電時序完成上電，當最后一路電壓完成上電后，反饋輸出至BP_PLD，置位POWER OK 標識，表明上電正常，否則重啟，直到恢復正常；

（3）SW_ID 為管理板檢測到業務卡在位后，根據不同槽位輸出的代表槽位的信號，業務卡根據信號組合配置帶外管理接口的默認IP；

（4）VIRTURL_EN 為BP_PLD 的虛擬信號使能標識，默認為使能關閉VIRTURL_EN=0，即對應客戶用的主程序，S/W 此時是不生效的，虛擬信號做到很好的隔離。生測測試程序版本需要軟件將該標識位置1 使VIRTURL_EN=1，S/W 相應通道才可開啟；

（5）生產測試下，配合背板裝置，除了對業務卡本身的硬件設計通路進行測試，增加的管理板功能測試項也將執行，測試全面；

（6）主程序下，如果需要進行客戶環境模擬或功能驗證，也可以配合背板裝置，同時手動將VIRTURL_EN 開啟，極大方便在無管理板及背板系統環境時，對交互信號的調測。

4 結論

本文描述了該業務卡的硬件系統框圖及實現對管理板功能進行模擬的方法。在無管理板的情況下，該業務卡能夠實現管理板相關功能的驗證及問題回歸，同時，可實現與管理板交互的控制信號、數據信號的硬件通路測試。

本文的設計方法不限于用在傳統機架式產品的業務卡、刀片交換機的業務卡，也適用于其它系統的業務卡類型，適用性強。設計以仲裁信號SMC_SEL、IIC 信號SMC_IIC、槽位信號SW_ID、復位信號SMC_RST、中斷信號INT#、帶外管理接口信號SGMII為例描述了一種實現管理板功能驗證的業務卡設計方法及背板裝置，對于其它與管理板交互的信號或接口類型，如PRESENT、1000BASE-X 等也是適用的，設計描述的是一種實現方法。通過本設計，交換機業務卡具備如下優點：

（1）不需要依賴管理板及背板系統實現業務卡本身及與管理板交互的信號的測試及功能驗證，提高開發效率，極大節省硬件開發成本；

（2）實現方式簡單，新增的虛擬信號可以做到完全隔離，對傳統業務卡系統設計及軟件沒有影響，能夠在客戶不提供機箱系統的前提下，完成信號的測試及問題的定位，盡可能的接近客戶實際系統應用場景，大大提高產品品質；

（3）該設計方法可移植性強，與管理板交互的信號都可以通過這種設計方法實現，適用于所有類型的業務卡。