星形结构RapidIO互连系统及其交换机配置方法

摘要

本发明公开一种星形结构RapidIO互连系统及交换机配置方法，系统包括一背板、一交换板和若干信号处理板，背板上设有一供交换板插入的交换板槽位和若干供信号处理板插入的信号处理板槽位，交换板槽位与各信号处理板槽位之间通过差分信号线和I2C总线连接，交换板包括交换机和代理模块，信号处理板包括高速处理芯片和代理模块；交换机配置方法包括：交换板代理模块通过I2C总线遍历信号处理板槽位，获取槽位上RapidIO端口信息，从而配置交换机。本发明使得物理属性并不完全匹配的外部信号处理板插入系统后能够实现即插即用。

说明书

技术领域

本发明属于嵌入式系统领域，特别是一种星形结构RapidIO互连系统及 其交换机配置方法。

背景技术

RapidIO商业联盟组织2001年提出了针对多处理器互连的RapidIO协议 。RapidIO架构用于网络和通信设备，它通过提供高带宽、软件独立性 、容错性和短等待时间进行满足更高的性能要求。RapidIO互连架构的 设计与最流行的集成通信处理器、主机处理器以及网络数字信号处理 器相兼容，是高性能包交换互连技术。它满足了高性能嵌入式系统行 业对内部系统互连的需求，包括可靠性、高带宽和更快的总线速率。 RapidIO互连支持片对片以及板对板的通信，其性能能够达到10Gbit/ s或者更高。它是低迟延、基于存储器地址的协议，可升级、可靠、支 持多重处理，并对应用软件透明。另外，它对操作系统软件没有影响 。

当多个具有RapidIO端口的处理器需要互连互通时就需要用到RapidIO 交换机。RapidIO交换机一般具有多个RapidIO端口，可以同时连接多 个具有RapidIO端口的器件，RapidIO交换机根据RapidIO报文头中的地 址，将RapidIO报文从一个端口路由到另一个端口。

由于RapidIO具有上述的优点，目前大多数高性能处理系统中的处理芯 片都采用RapidIO总线进行互连，同时RapidIO交换机在互连系统中也 是必可少的器件。因此，RapidIO交换机的配置也就成为互连系统必须 解决的一个重要问题。

目前普遍采用RapidIO交换机的配置方法，如文献1：RapidIOTM Int erconnect Specification，Annex1：Software/System Bring Up  Specificatio所述，采用枚举策略，将一个具有RapidIO端口的主处 理器连接到RapidIO交换机上，当系统加电后，主处理器通过枚举策略 发现连接到RapidIO交换机的其它RapidIO端口，同时给这些RapidIO端 口配置一个地址，然后再配置RapidIO交换机的路由表。这种方法存在 明显不足：

1、主处理器枚举结束后，如果有新的RapidIO端口连接到RapidIO交换 机上，在系统断电重启前，RapidIO交换机无法被重新配置，新接入的 RapidIO端口必须等到系统断电重启后，主处理器重新进行枚举后才可 以使用。因此，采用 枚举策略无法实现外部RapidIO端口的即插即用；

2、枚举策略的前提条件是新接入的RapidIO端口必须能够与交换机端 口正确地建立物理链路，这就要求新接入的RapidIO端口与交换机端口 的物理属性必须相匹配。这些物理属性主要包括速率、通道顺序、工 作模式等。因此，枚举策略对新接入的RapidIO端口提出了较严格的硬 件条件，灵活性不够。

发明内容

本发明的目的在于提供一种星形结构RapidIO互连系统，使物理属性并 不完全匹配的外部处理板插入系统后实现即插即用。

本发明的另一目的在于提供一种星形结构RapidIO互连系统交换机配置 方法，使物理属性并不完全匹配的外部处理板插入系统后实现即插即 用。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种星形结构RapidIO互连系统， 包括一背板、一交换板和若干信号处理板；所述背板上设有一供交换 板插入的交换板槽位和若干供信号处理板插入的信号处理板槽位，交 换板槽位与各信号处理板槽位之间通过设于所述背板上的差分信号线 和I2C总线连接；所述交换板包括交换机和代理模块，所述信号处理板 包括高速处理芯片和代理模块；当信号处理板插入背板上的信号处理 板槽位时，交换板的代理模块主动通过I2C总线与信号处理板的代理模 块通信，获取信号处理板的端口信息，从而配置交换机，使系统中信 号处理板的高速处理芯片之间实现高速互连互通。

实现本发明另一目的的技术解决方案为：一种星形结构RapidIO互连系 统交换机配置方法，包括如下步骤：

70) 系统加电，交换板代理模块开始工作；

71）设置被访问的信号处理板的起始地址；

72）通过I2C接口按该地址访问信号处理板；

73）判断被访问的信号处理板是否有应答；

74）如果有应答，通过I2C接口继续访问该信号处理板代理模块，获取 该信号处理板上RapidIO端口信息；

75）根据所获取的信号处理板上RapidIO端口信息，配置交换机；

76）如果被访问的信号处理板没有应答，则判断上一次访问该地址时 是否有应答；

77）如果上一次有应答，则说明该信号处理板被拔出，关闭该槽位对 应的交换机端口；

78）将被访问的信号处理板的地址顺序递增；

79）判断递增后的地址是否超过最大地址，如是，则说明已遍历所有 信号处理板槽位，返回步骤（71）进行下一循环访问；如否，则转至 步骤（72），访问下一信号处理板。

本发明的原理是：VPX标准详细规定了背板、模块、连接器物理特性及 信号线的定义，提供了各种拓扑结构，如全网状、单星、双星、令牌 环等。因此，基于VPX标准以及用户需求会较容易的设计出一种通用互 连系统。本发明依据即插即用的需求，在交换板和信号处理板上设置 一个代理模块，交换板上的代理模块能够和插入背板的信号处理板中 的代理模块进行实时通信，能够快速监测到系统中信号处理板的插入 和拔出用情况，同时进行修改RapidIO交换机的配置。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

1、系统简单，兼容性好：系统中不必专门设置一个进行枚举策略的主 处理板，减小了系统设计的复杂度；

 2、即插即用：系统运行过程中能够实时监测到新插入和拔出的信号 处理板，同时能够对RapidIO交换机进行实时配置，实现了外部接入板 卡的“即插即用”，降低了系统使用的复杂度。

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1 是本发明星形结构RapidIO互连系统的外形图。

图2是图1中背板的布线图。

图3是图1中交换板的结构示意图。

图4是图1中信号处理板的结构示意图（单端口）。

图5是图1中信号处理板的结构示意图（多端口）。

图6是本发明星形结构RapidIO互连系统交换机的配置方法流程图。

图7是信号处理板代理模块的工作流程图。

图8是交换板代理模块与信号处理板代理模块之间的通信协议。

图9是信号处理板代理模块的寄存器空间（表1）。

图中，11 是背板，12是交换板，13是单端口处理板，14是多端口处 理板。

具体实施方式

本发明星形结构RapidIO互连系统，包括一背板、一交换板和若干信号 处理板；所述背板上设有一供交换板插入的交换板槽位和若干供信号 处理板插入的信号处理板槽位，交换板槽位与各信号处理板槽位之间 通过设于所述背板上的差分信号线和I2C总线连接；所述交换板包括交 换机和代理模块，所述信号处理板包括高速处理芯片和代理模块；

当信号处理板插入背板上的信号处理板槽位时，交换板的代理模块主 动通过I2C总线与信号处理板的代理模块通信，获取信号处理板的端口 信息，从而配置交换机，使系统中的所有信号处理板的高速处理芯片 之间实现高速互连互通。

如图1所示，基于VPX标准设计的星形结构RapidIO互连系统，所述交换 机为具有8个RapidIO端口的Tsi578芯片。背板11有9个槽位，编号为0 ~8。交换板12固定插入0号槽位，信号处理板13、14可任意插入1~8号 槽位，系统中最多支持8个信号处理板。

如图2所示，所述背板11上有9个槽位，每个槽位有6根引脚，这些引脚 按一个固定顺序进行添加上拉或下拉电阻，其中下拉电阻的引脚定义 为0，上拉电阻的引脚定义为1，以保证这些引脚按一个固定顺序组成 不重复的二进制值，然后将这些二进制值映射成从0~8的连续编号；

交换板插在0号槽位，该槽位有8组4对差分线，对应交换板Tsi578芯片 的8个RapidIO端口，每一组差分线都连接到不同槽位的固定位置，使 信号处理板插入槽位后，处理板的RapidIO端口能够和Tsi578芯片的端 口进行对接；

二根作为I2C总线的信号线将0~8号槽位串连在一起，当信号处理板插 入背板后，信号处理板的代理模块能够和交换板代理模块实现数据交 换。

如图3的所述交换板12所示，交换板由两部分组成：交换机和代理模块 。其中交换机采用1片Tsi578芯片，该芯片具有8个RapidIO端口，8个 RapidIO端口通过与背板的接口分别连接到1~8号槽位的固定位置，从 而实现了Tsi578芯片将8个槽位的RapidIO端口的互连。代理模块采用 一个可编程的处理芯片（CPU、DSP和FPGA均可）实现，该芯片对外提 供一个I2C总线接口，通过与背板的接口分别连接到1~8号槽位的固定 位置，从而实现与背板其它信号处理板 代理模块之间的通信。

如图4中的所述信号处理板13，为只有一个RapidIO端口、且该端口同 时作为信号处理板的对外输出端口的单端口处理板，由高速处理芯片 和代理模块构成。信号处理板的该输出RapidIO端口的位置与信号处理 板槽位的RapidIO端口位置相对应，当信号处理板插入信号处理板槽位 后，其RapidIO端口能够与交换板的Tsi578芯片的RapidIO端口连接。 代理模块对外提供一个I2C接口，当板卡插入背板后，通过背板能够和 交换板代理的I2C接口对接。

如图5中的所述信号处理板14，所述信号处理板为通过一个Tsi578芯片 互连多个RapidIO端口的多端口处理板，所述Tsi578芯片的一个端口作 为信号处理板对外输出端口，该端口在信号处理板插入信号处理板槽 位后，能够与交换板的Tsi578芯片的RapidIO端口连接。多端口处理板 由高速处理芯片、交换机Tsi578和代理模块构成，代理模块对外提供 一个I2C接口，当板卡插入背板后，通过背板能够和交换板代理的I2C 接口对接。

如图6所示，本发明星形结构RapidIO互连系统交换机配置方法，包括 如下步骤：

70) 系统加电，交换板代理模块开始工作；

71）设置被访问的信号处理板的起始地址；

72）通过I2C接口按该地址访问信号处理板；

73）判断被访问的信号处理板是否有应答；

74）如果有应答，通过I2C接口继续访问该信号处理板代理模块，获取 该信号处理板上RapidIO端口信息；依据表1，代理模块继续发送寄存 器地址，如果有I2C应答，接下来就会收到该寄存器对应的内容，最终 ，代理模块能够将整个信号处理板的寄存器空间内容读到，然后根据 这些信息配置交换机Tsi578相应的端口（槽位与Tsi578端口的映射关 系是固定的，知道槽号就可以得到该槽位连接的Tsi578端口号），包 括端口速率、路由表、端口工作模式等。

如图8所示是交换板代理模块与信号处理板代理模块之间的通信协议。 交换板代理模块与信号处理板代理模块之间的I2C通信过程具体为：

81）交换板代理模块的I2C接口工作在主动对外进行读操作的主模式， 信号处理板代理模块的I2C接口工作在被动等待外部访问的从模式；

82）信号处理板代理模块的I2C接口检测到对本模块的访问，则发出应 答信 号；

83）交换板代理模块得到应答信号后，则依据依据表1所示寄存器空间 ，依次发送寄存器地址，信号处理板代理模块收到寄存器地址后，同 样依据表1，将对应寄存器空间的本信号处理板的RapidIO端口信息发 送给交换板代理模块。

75）根据所获取的信号处理板上RapidIO端口信息，配置交换机；

76）如果被访问的信号处理板没有应答，则判断上一次遍历该地址时 是否有应答；

77）如果上一次有应答，则说明该信号处理板被拔出，关闭该槽位对 应的交换机Tsi578端口；

78）将被访问的信号处理板的地址顺序递增；

79）判断递增后的地址是否超过最大地址，如是，则说明已遍历所有 信号处理板槽位，返回步骤（71）进行下一循环访问；如否，则转至 步骤（72），访问下一信号处理板。

按照上述方式，在系统运行的整个周期内，交换板代理模块以槽号1~ 8为地址不间断地进行I2C访问，能够实时发现新插入背板的信号处理 板及从背板拔出的信号处理板，同时修改交换机Tsi578相应的端口配 置。

如图7所示，信号处理板代理模块工作过程为：当信号处理板插入到背 板后，板卡加电，代理模块开始工作，首先读取背板6根确定槽号的引 脚值，确定当前板卡插入的槽号，然后将槽号作为代理模块I2C接口的 地址，等待交换板代理模块的访问。代理模块上保存一个寄存器空间 ，如表1（图9），该寄存器空间记录当前信号处理板上RapidIO的端口 信息，当被交换板代理访问时，依据该空间内容进行回复。

如附表1（图9）所示，信号处理板代理模块保存一个包含本板卡Rapi dIO端口信息的地址空间，地址范围从0~0x12，交换板卡获得这些信息 后即完成对交换机的配置。