软交换是下一代网络(ngn)的重要组件。如果说传统电信网络是基于程控交换机的网络，那么下一代分组话音网络则是基于软交换的网络。软交换对硬件运行平台提出了很高的要求。业界一般以一个机箱多块插卡的方式来提供强大的处理能力，特别是信号处理卡，承担了语音信号的压缩和解压缩等运算繁重的任务。本文将着重介绍二层交换芯片zl50418在信号处理卡中的电路设计和底层驱动软件的设计。

    在笔者设计的系统中，整个机箱共有8个槽位，其中信号处理卡占了6个槽位。每块卡上集中了8颗dsp芯片。二层交换芯片zl50418一方面连接8个dsp，通过一个千兆网口，输送到以太网接口卡上，形成数据通路；另一方面，建立起cpu和dsp的控制通路。如图1所示，两个通路分属两个虚拟局域网(vlan)：vlan1和vlan2，互不干扰。vlan1(实线所示)由2个ge口和8个百兆网口组成，vlan2(虚线所示)由1个cpu端口和8个百兆网口组成。

    图1：二层交换连接示意图。

    zl50418芯片原理介绍

    zl50418是卓联(zarlink)公司开发的一款高密度、低成本、高效无阻塞以太网交换芯片，集成了16个10/100m(fe)以太网端口、2个支持热插拔的1000m(ge)端口和1个cpu端口，cpu端口也被芯片看作是一个网口。如图2所示，zl50418的共享存储器架构支持高达9.524mpps的包转发速率，最大吞吐量为3.6gbps。芯片支持64k mac地址和255个vlan，包括基于端口的vlan和vlan标签两种模式。

    帧缓存(fdb)接口支持100mhz流水线式、同步突发存储器(sbram)，两条64位总线分别连接到两组sbram(a和b)，容量可以是2mb或4mb。两组存储器的最大带宽为12.8gbps，足以支持16个fe口和2个ge口的全速交换。sbram中存放了交换数据库、vlan配置表、mac地址与物理端口映射表等数据，两片存储区域存放的内容相同，而且同步更新。本系统选用的sbram芯片是micron公司的mt58l256l32p1，每片容量为256×32mb，共4片。

    引擎的主要功能是将帧转发到目的端口。搜索引擎根据目的mac地址或ip组播地址，搜索数据库，找到帧的目的端口。同时，它执行mac学习、优先级安排、端口捆绑等功能。

    图2：zl50418的结构。

    gmii模块遵循ieee802.3z标准，在帧引擎和外部phy之间提供了必要的缓存和控制接口，支持gmii和mii。物理编码子层(pcs)支持光接口。

    10/100 rmii模块遵循ieee802.3标准，提供了两种接口：rmii和串行接口(只适合于10m)。帧控制块(fcb)包含了fdb中存储的帧的控制信息，例如：帧长、读/写指针、传送优先级。mct(mac地址控制表)链表存放了与外部mac表有冲突的mct的链表。led接口能够显示16＋2个端口的状态。

    芯片支持两种工作模式：管理模式和无管理模式(决定于上电时tstout6引脚电平)。在管理模式下，cpu可以通过8/16位cpu接口发送控制帧给芯片，或者访问芯片的网络管理数据库。在无管理模式下，芯片不外接cpu，由上电时i2c总线上的eeprom或同步串口来配置。 1. mac直连电路设计

    图3：mac直连示意图。

    为了节省电路板空间，降低功耗和成本，在zl50418和dsp、zl50418和cpu之间，抛弃了两端的phy芯片，采用了mac直连的方式。如图3所示。

    a. rmii直连

    引脚mn_txen在上电时的电平决定了fe口是否采用rmii模式。在rmii直连的情况下，网口设置为10/100m全双工模式。

    b. gmii直连

    引脚gn_txen和gn_txer在上电时的电平决定了ge口是否采用gmii模式。在gmii直连的情况下，网口设置为1000m全双工模式。

    在pcb布线时，由于网口信号是高速信号，必须考虑：

    (1)所有数据线和时钟信号线的长度尽可能相等，以获得最低的数据误码率；

    (2)通过调整走线宽度和厚度，将接口信号线阻抗控制在50欧姆；

    (3)时钟信号走线至少间距8mil(1mil＝千分之一英寸)；其它信号线与