論文提供：控易電子
在目前的市場中，網絡處理器(Network Processor)是最專業的處理器之一，這種處理器的目的在于希望能以At Line Rate來處理封包格式的數據。最近幾年來，芯片供貨商正透過各種WAN edge/access、無線網絡基礎建設、以及網絡第四到七層交換器應用等領域中各種特殊應用IC來積極地招徠網絡處理器。
這篇文章會帶領讀者看看一些由國際PICMG?協會（PCI Industrial Computer Manufacturers Group）所訂定的規范在網絡處理器的領域有何代表性應用，我們會以ATM轉換IP的應用來當做范例。
[網絡處理器數據的傳輸接口]
在標準的CompactPCI平臺運用網絡處理器時，第一項挑戰是如何處理網絡處理器的數據傳輸接口，網絡處理器一般是以封包為基本接口來連接各實體層的裝置，最普遍的傳輸接口包括UTOPIA（Universal Test and Operations PHY Interface for ATM）、POS-PHY（Packet Over SONET PHYsical）及SPI-3（System Packet Interface level 3）。對于更趨復雜的未來，有些接口也提供單一接口支持多實體層裝置的multi-PHY模式。
讀者會發現，網絡處理器對于主數據傳輸路徑的接口形式與傳統CompactPCI板卡使用的PCI總線是非常不同的。早期就采納CompactPCI作為網絡處理器的人士認定，未來必須要提供一個可支持封包數據傳輸的彈性接口。
下圖是使用Intel IPX2400的范例，說明規劃時可能要處理的一些接口。請注意，許多網絡處理器允許接口被設定成可支持多種不同的傳輸，以下只是其中一種可能的設定范例。
在上面這個例子中，Utopia總線最后會連接到一個ATM實體層的裝置，且為了考量IP流量，SPI-3接口會連接到兩個以太網絡的實體層。我們可使用I/O Mezzanine以提供ATM實體層的連接，讓這些實體層更具靈活性。
[I/O Mezzanines]
CompactPCI 以及 VME板卡的研發人員，常使用PMC插槽作為提供額外I/O擴充力的方法，PMC可附加在板卡上，以擴充板卡的I/O 酬載。典型的PMC包含了大量儲存裝置、網絡，以及一般的I/O。
PMC的規格是以PCI總線擔任板卡與PMC模塊間的接口。選擇PCI為接口是因為PCI相當普遍：幾乎任何你渴求的I/O功能都可在PCI接口上找到。PMC接口對CompactPCI 以及 VME市場提供了相當大的助益，但卻缺乏了網絡處理器所需、以封包格式傳輸數據的接口。
在2001年8月，PICMG協會提出了PICMG 2.15 PCI Telecom Mezzanine Card (PTMC)的規范，這項規格不但打算支持四個普遍的工業規格電信總線接口 (H.110、Utopia Level 2、POS-PHY與RMII)，且支持現有的32及64位PCI總線。在2002年底，PICMG協會發表了PICMG 2.15的工程改變需求通知，這份工程改變需求通知，透過將以太網絡擴充力由4個增加到7個，來提高TDM 及UTOPIA配置法的數量。PICMG 2.15提供的彈性，也就是容易使用。
PICMG 2.15 委員會必須局限在PMC規格中可用的一些pin腳中規劃，他們需要先明文訂妥PMC的規格配置以及腳位使用的定義，還需要重新定義過去使用的64位PCI接口的前32位，以限制PTMC新的I/O擴充力符合32位接口。
當使用PTMC時，驗證PTMC與它要插上的載板是否支持相同的配置法是很重要的。下表定義了一些PTMC版卡可用的配置法：
PTMC以及載板的能力是根據它的配置形式來決定的。舉例而言，一個PTMC及載板支持「配置5 (Configuration 5)」（兩個以太網絡及32位PCI接口）會稱為PT5MC，而載板則被稱為PT5CC。值得注意的是，PMC 可用來支持rear I/O的I/O line數量，是根據不同配置型態而定，選擇PTMC時，需要考量到接口與rear I/O的需求。
我們來看看下面PT4MC的區塊圖。這張圖提供了四個OC-3的界面，同時使用Utopia level 2來互相聯系網絡處理器。
在這個例子中，Utopia總線是封包傳輸的主要數據傳輸路徑，PCI總線是用來設定與控制IXF6012，透過使用了PTMC，設計工程師可提供各種連接到網絡處理器的實體層更多彈性。
[PICMG 2.16]
在這篇應用的下一段是關于IP數據傳輸。基于系統容錯備援的概念，這個IP傳輸應該要具有以太網絡的備援，以及足夠處理所需流量的頻寬。
在2001年9月，PICMG協會認可了PICMG 2.16 Packet Switched Backplane規格，這份規格定義了CompactPCI板卡可透過雙重 10/100/1000Mbit以太網絡互相連系。與PICMG 2.16兼容的系統已經運用在多種應用領域中，而以太網絡聯系的本質以及IP封包傳輸的需求，也在系統供貨商之中獲得較高階的采用。
下圖表達的是IP聯機的架構。值得關注的是，這個范例已經將PCI總線從CompactPCI系統中移除。可預見的，整個產業已經開始由PCI轉變為可聯機并處理IP流量的平臺，下面是個可能的成品范例。
在創造一塊可將ATM轉換為IP的CompactPCI板卡時，有的人可能會想要在過去討論過的內容之外，再一些有彈性的功能。在許多案例里，一些應用或許需要一般額外的運算能力以處理異常的封包，而只要增加一個額外的PMC 插槽來支持處理器的PMC卡即可。為了測試，有的使用者可能想要透過板卡前端來存取IP流量，有些板卡前端的以太網絡接頭，可能只用來發送 IP流量。在這個案例中，PTMC將不會派上用場。下面的區塊圖，會呈現一個有彈性、一般用途的網絡處理器刀片。
[總結]
網絡處理器的部分就討論到這邊，工業標準存在至今且目前使用在需要操作或路由封包數據的應用中。一些合用的標準包括了PICMG 2.0 CompactPCI規格、PICMG 2.16 Packet Switched Backplane規格，以及PICMG 2.15 PCI Telecom Mezzanine Card規格。
在這個范例中，ATM 封包（cell）可透過PTMC卡上的系統訊框器 (framer)來緩沖，PTMC與網絡處理器板卡使用Utopia level 2在彼此間傳輸數據。以太網絡轉轍器與實體層為PICMG 2.16 的IP流通提供了備援的連結。接下來，這篇文章遺失的那塊拼圖是自動保護切換 (Automatic Protection Switching，APS)。大多數處理ATM的應用在卡片層面都需要有備援裝置，這需要兩塊網絡處理器板卡共享彼此的狀態信息。如此，當遇到故障狀態時，備用的網絡處理器板卡才可在最少的時間與數據損失下接管系統。這就是留待各位讀者思考的習題了。
