Сетевой процессор Intel ixp465. Решение для коммуникационных и встраиваемых сетевых устройств Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Сетевой процессор Intel® IXP465.

Решение для коммуникационных и встраиваемых сетевых устройств

Артем ФОКИН

[email protected]

Сетевой процессор (пгв!® IXP465 принадлежит семейству процессоров (пгв!® IXP46x для коммуникационных и встраиваемых сетевых устройств в малых и средних компаниях и является еще одним продуктом семейства Intel® IXP4xx с технологией Intel XScale®. Единая для всего семейства сетевых процессоров Intel® IXP4XX архитектура защищает инвестиции разработчика в программные и аппаратные средства и ускоряет процесс создания стандартизированных серийных продуктов.

Обзор продукции

Высокоинтегрированная, созданная на одной микросхеме конструкция сетевого процессора 1ХР465 обеспечивает уникальное сочетание производительности, надежности и гибкости. Благодаря сочетанию технологии Ше1 Х8са1е® с многообразием интегрированных коммуникационных характеристик сетевой процессор 1ХР465 позволяет создавать устройства, отвечающие требованиям, предъявляемым к модульным маршрутизаторам,

устройствам безопасности, сетевым картам для телекоммуникационной инфраструктуры, приложениям для промышленного управления и автоматизации, интерактивным устройствам, системам радиочастотной идентификации и приложениям сетевой обработки снимков. Ядро Intel XScale® обеспечивает запас производительности для гибкой поддержки широкого спектра OEM-приложений при минимальном энергопотреблении. Разнообразие встроенных сетевых интерфейсов (LAN и WAN) вкупе со встроенным аппарат-

ным ускорением шифрования и синхронизации времени снижает общую стоимость системы и упрощает ее разработку.

Сетевой процессор Intel® IXP465 поддерживается стандартным комплексом средств разработки для семейства Intel® IXP4xx, включающие в себя тестовые образцы и операционные системы, платформы разработки, программные компоненты и средства отладки от корпорации Intel, членов альянса Intel® Communications Alliance и других сторонних поставщиков.

Улучшенная высокопроизводительная шина с частотой 133,32 МГц

Сигнальная шина очереди

Блок шифрования, EAU, SHA

Менеджер

очереди

PHU (АНВ) I IEEE 1588 КонтРоллеР Таймеры v | 11_1_1_ иии прерывании к

66,66 МГц шина для периферийных устройств

NPE С

MII/SMII,

AES, DES,

S Н А-1 /-256/-384/ -512, MD5

Мост

Контроллер

DDR1-266

Мост Улучшенная высокопроизводительная шина с частотой 133,32 МГц

UART 921 Кбод

UART 921 Кбод

Контроллер

GPIO

USB-клиент

v.1.1

USB-xoct 2.0** I Контроллер PCI

ІІШІ I

Интерфейс порта памяти

Интерфейс шины

Ядро 1п1е1 Х8са1е®

266/400/533/667 МГц 32 КБ кэш-память данных 32 КБ кэш-память команд 2 КБ кэш-память мини-данных

**USB-xoct 2.0 поддерживает низкоскоростной (1,5 Мбит/с) и полноскоростной (12 Мбит/с) режимы

Рис. 1. Блок-схема сетевого процессора Intel IXP465

Согласованность архитектуры семейства Intel® IXP4xx для обеспечения гибкости приложений и облегчения разработки

Сетевой процессор Intel® IXP465 имеет общую с процессорами семейства IXP4xx архитектуру. Единая архитектура ускоряет разработку целого спектра устройств. Каждый процессор сочетает в себе ядро Intel XScale® с модулями обработки сетевых данных (NPE), что позволяет достичь требуемой скорости работы с пакетами информации. Ядро Intel XScale® и сопроцессоры NPE параллельно обрабатывают свои потоки команд. Ядро Intel XScale* совместимо с Intel® StrongARM версии 5TE. Ядро Intel XScale®, изготовленное по 0,18-микронной технологии Intel®, обладает высоким отношением вычислительной мощности к энергопотреблению и обеспечивает запас производительности для дополнительных функций. Три сопроцессора NPE сетевого процессора Intel® IXP465 помогают ядру Intel XScale®, занимаясь обработкой множества операций, связанных с передачей данных. К таким операциям относится проверка и модификация заголовка IP-протокола, фильтрация пакетов, проверка ошибок пакетов, вычисление контрольных сумм и расстановка и удаление флагов. Архитектура NPE включает в себя блок арифметических и логических операций (ALU), блок внутренних команд, блоки памяти для данных и поддержку широкого круга интерфейсов ввода-вывода наряду с элементами аппаратного ускорения. Каждый элемент аппаратного ускорения создан специально с целью увеличения скорости обработки особой сетевой задачи, для выполнения которой потребовалось значительно больше ресурсов отдельного RISC-процессора.

Каждый сопроцессор NPE может поддерживать классификацию и обработку пакетов уровня 2 и, в некоторых случаях, уровня 3. Например, сопроцессор NPE A имеет два высокоскоростных последовательных порта (HSS) наряду с одним интерфейсом UTOPIA-2, что позволяет ему справляться с сегментацией AAL (1/2/5) и повторной сборкой пакетов (SAR). Сетевой интерфейс 10/100 Ethernet имеется у каждого сопроцессора NPE. Каждый NPE может проводить пакетную фильтрацию полнодуплексного соединения сети Ethernet 100. Сопроцессор Ethernet NPE C также имеет три элемента аппаратного ускорения для оптимизации операций шифрования и аутентификации в системах безопасности.

Расширенные аппаратные возможности сопроцессоров NPE управляются с помощью микрокода через программные интерфейсы приложения (API), выпущенные в виде программной библиотеки процессора. Приложения пользователя конфигурируют и взаимодействуют с сопроцессорами NPE посредством высокопроизводительного API, исполняемого

на ядре Intel XScale®. Примеры исполняемого кода демонстрируют, как использовать каждую службу или функцию, предоставляемую библиотекой ядра Intel XScale® и связанные с ним аппаратные компоненты.

Высокая интеграция снижает стоимость системы

Объединение на одной микросхеме широкого ряда функций и наиболее распространенных интерфейсов позволяет сэкономить на внедрении дополнительных устройств и облегчает интеграцию с другими аппаратными компонентами. Ядро Intel XScale® включает в себя функции, поддерживающие обработку мультимедийных команд без обращения к каким-либо внешним аппаратным компонентам. У сетевого процессора Intel® IXP465 имеется библиотека команд для обработки чисел с плавающей запятой, мощная программная библиотека и ядра для обработки сигналов (как мультимедийных, так и общего назначения), оптимизированные для достижения максимальной производительности ядра Intel XScale®.

Для уменьшения количества отдельных микросхем в конечном устройстве процессор имеет интегрированный контроллер памяти DDR1-266 SDRAM с поддержкой кода коррекции ошибок (ECC), контроллер прерываний, порт GPIO, порты UART, контрольный таймер и таймеры общего назначения. У процессора также имеется контроллер устройств USB 1.1 и совместимый со стандартом USB 2.0 хост-контроллер. Периферийные устройства можно напрямую подключить через 32-разрядную шину расширения, поддерживающую функцию внешнего арбитра шины и обеспечение целостности передаваемых данных. Интерфейс UTOPIA-2 поддерживает множество xDSL-протоколов физического уровня (ADSL, G.SHDSL и VDSL). Интерфейс PCI 2.2 обеспечивает гибкость для прямого подключения множества устройств, включая наборы микросхем 802.11x, контроллеры PCMCIA и контроллеры уровней MAC/PHY. Два порта HSS могут служить в качестве высокоскоростных портов для прямого подключения фреймеров T1/E1 или стандартных SLIC/CODECS.

Дополнительные функции

процессора, полезные

для интегрированных устройств

Сетевой процессор Intel® IXP465 имеет несколько функций для встраиваемых сетевых устройств. Сетевой процессор IXP465 включает в себя аппаратный логический блок для синхронизации времени на нескольких часах в распределенной системе управления. Этот аппаратный логический блок вкупе с ПО, исполняемым на ядре Intel XScale®, можно использовать для внедрения сетевого узла, отвечающего стандарту IEEE 1588. Поддерж-

ка кода ECC контроллером памяти DDR1-266 и обеспечение целостности передаваемых данных на почти всех типах внутренней памяти, а также технология spread spectrum clocking обеспечивают повышенную надежность системы. Низкое тепловыделение наряду с возможностью функционирования в расширенном температурном диапазоне позволяют отказаться от вентиляторов и создавать устройства в компактных форм-факторах.

Интегрированные аппаратные элементы для ускорения работы системы безопасности

Сетевой процессор IXP465 имеет интегрированные аппаратные компоненты для ускорения работы приложений, обеспечивающих безопасность системы. Сетевой процессор IXP465 обеспечивает поддержку популярных алгоритмов шифрования протокола IPSec, таких как AES, однопроходный AES-CCM и DES/3DES для поддержки множества VPN-протоколов и протоколов беспроводной связи (WEP, WEP2, WPA, WPA2). В состав поддерживаемых алгоритмов аутентификации входят MD-5, SHA-1, SHA-256, SHA-384 и SHA-512. Включение алгоритмов SHA-384 и SHA-512 позволяет сочетать аутентификацию по 256-разрядным ключам с 256-разрядным шифрованием AES. Использование сопроцессора NPE для выполнения специфичных функций позволяет разгрузить ядро Intel XScale® от обработки алгоритмов шифрования и аутентификации. API ядра Intel XScale® позволяет использовать элементы шифрования и аутентификации через любой интерфейс процессора IXP465. Это обеспечивает максимальную гибкость для всех интерфейсов, особенно когда речь заходит о безопасной работе в беспроводных сетях. У сетевого процессора IXP465 также имеются аппаратные компоненты для ускорения смены открытых ключей, цифровых подписей и алгоритмов генерации ключей.

Операционные системы, программные инструменты и устройства для ускорения процесса разработки

Комплекс программных решений Intel® IXP400 предоставляет общую программную среду как для сетевых процессоров Intel® IXP465 и IXP460, так и для семейства процессоров Intel® IXP42x. Решения для сетевого процессора Intel® IXP465 создаются на базе существующей экосистемы семейства IXP42x, предоставляющей широкий спектр средств разработки вместе с поддержкой большинства операционных систем:

• ПО Intel® IXP400 v2.0;

• ПО Intel® IXP400 DSP;

• ПО Intel® IXP400 Floating Point Library v2.0;

• MontaVista Linux Professional Edition 3.1;

-e-

Таблица

Характеристики Преимущества

Ядро Intel XScale® • Тактовые частоты: 266, 400, 533 и 667 МГц Обеспечивает высокое соотношение производительности и энергопотребления и запас производительности для дополнительных программных характеристик

32-разрядная 33/66 МГц шина PCI v2.2, хост-интерфейс Обеспечивает гибкость прямого подключения устройств, включая микросхемы 802.11x, контроллеры PCMCIA и кабельныеустройства уровня MAC/PHY

USB • Контроллер USB v. 1.1 • Хост-контроллер USB v. 2.0, поддержка низкоскоростного и полноскоростного режимов Стандартный интерфейс для подключения широкого круга устройств

32-разрядный интерфейс DDR1-266 SDRAM • Поддержка ECC (опционально) • От 32 Мбайт до 1 Гбайт памяти • Интерфейс памяти с высокой пропускной способностью • Опциональная поддержка повышает надежность системы

32-разрядный интерфейс шины расширения • Функция арбитра шины • 25-разрядный адрес Легкое соединение с большинством других устройств • Функция внешнего арбитра шины позволяет внешним устройствам сообщаться как друг с другом, так и с внутренними периферийными устройствами, что позволяет им совместно использовать память и понижает стоимость системы

Встроенные МАС-контроллеры Ethernet • До шести встроенных MAC-контроллеров 10/100 Ethernet с интерфейсом SMII • До трех встроенных МАС-контроллеров 10/100 Ethernet с интерфейсом MII Стандартный сетевой интерфейс понижает стоимость использованных материалов Несколько портов позволяют снизить стоимость системы, обеспечить многопортовую сетевую поддержку, объединить сетевые модули

Интерфейс UTOPIA-2 с поддержкой протоколов ADSL/G.SHDSL или VDSL Стандартный интерфейс сети WAN

Два высокоскоростных последовательных порта (HSS) Соединение с T1/E1 или SLIC/CODECS для голосовой поддержки

Аппаратная поддержка генератора случайных чисел Ускоряет смену открытых ключей, аутентификацию и генерацию ключей

Встроенная аппаратная поддержка популярных алгоритмов шифрования Ускорение популярных приложений, таких как IPSec и SSL VPN (AES/AES-CCM/3DES/DES/SHA-1/SHA-256/ SHA-384/SHA-512/ MD-S/RSA/DSA/алгоритмы Диффи-Хельмана)

Аппаратная поддержка стандарта IEEE1588 Аппаратная поддержка синхронизации времени в системе управления, содержащей несколько часов

Два высокоскоростных порта UART (до 921 кбод каждый) Интерфейс для отладки и передачи управляющей

Встроенные интерфейсы I2C и SSP Последовательные интерфейсы для встраиваемых и коммуникационных применений; снижает стоимость использованных материалов

Технология spread spectrum clocking Повышает надежность системы за счет снижения уровня электромагнитного излучения

Исчерпывающий набор проверенных инструментов, готовых для разработки приложений с использованием Linux или VxWorks Более легкое проектирование и быстрый вывод продукции на рынок

Корпус 544-Ball PBGA • 35x35 мм, размер шарика 1,27 мм • Доступен в варианте без содержания свинца • Промышленный диапазон температур (от 0 до 70 °C) • Расширенный диапазон температур (от -40 до 85 °C) Высокопроизводительный корпус обеспечивает высокую надежность • Корпус без содержания свинца помогает удовлетворить экологическим нормативам • Поддержка расширенного диапазона температур для приложений промышленного управления и автоматизации

• Wind River VxWorks Developers Toolkit (VDT) 2.2.1;

• Wind River Platform for Network Equipment (PNE)2.1;

• Red Hat RedBoot и Tool Chain v2.0.

Платформа разработчика Intel® IXDP465 для быстрого вывода продукции на рынок

Платформа разработчика Intel® IXDP465 является мощным средством для разработки и проверки аппаратных и программных компонентов для сетевого процессора Intel® IXP465. Разработчики могут использовать эту гибкую расширяемую платформу для проведения быстрой начальной оценки ми-

**Требует наличия ПО Intel® IXP400.

кросхемы, оценки производительности, создания прототипов и разработки продукции.

Основные характеристики платформы разработки:

• Подсистема на базе 533-МГц процессора Intel® IXP465 с контроллером памяти DDR1-266 SDRAM и разъемом JTAG;

• два разъема USB (один — хост, другой — клиентский);

• четыре хост-разъема PCI;

• один разъем PCI (опционально);

• два разъема UART;

• флэш-память Intel® StrataFlash объемом 32 Мбайт;

• шесть портов 10/100 Мб Ethernet (через RJ45)**;

• ЖК-дисплей;

• блок питания;

• один модуль Ethernet MII**;

• модули (опционально):

- аналоговый модуль HSS (4-FXS, 1-FXO) для голоса;

- четверной модуль HSS** T1/E1;

- один модуль ADSL или UTOPIA-2**;

- два дополнительных модуля Ethernet MII**.

Intel® Communications Alliance

Используя платформы разработчика компании Intel®, инженеры могут проектировать законченные системы, сочетая компоненты Intel® с продукцией сторонних производителей с целью ускорения вывода готового изделия на рынок и снижения стоимости разработки. Информация об участниках альянса Intel® Communications Alliance, поддерживающих сетевые процессоры Intel®, а также информация об их средствах разработки находится на сайте компании по адресу: http://www.intel.com/go/ica.

Выводы

Обобщая вышесказанное, перечислим основные данные, характеризующие сетевой процессор Intel® IXP465:

• принадлежит семейству сетевых процессоров Intel® IXP46x для коммуникационных и встраиваемых сетевых устройств в малых и средних компаниях;

• ядро Intel XScale® с тактовой частотой до 667 МГц обеспечивает масштабируемый запас производительности;

• встроенные интерфейсы сетей LAN и WAN, интерфейсы I2C и SSP снижают общую стоимость системы и упрощают ее разработку;

• встроенная поддержка шифрования, синхронизации времени и кода коррекции ошибок (ECC) повышает производительность и надежность;

• согласующаяся программная и аппаратная архитектура семейства Intel® IXP4xx защищает инвестиции разработчика и ускоряет процесс создания стандартизированных серийных продуктов;

• надежный комплекс средств разработки

сводит к минимуму время вывода готовой продукции на рынок. ■

Литература

1. http://www.intel.com/go/networkprocessors