QUICC Engine：新引擎推动IP网络革新
2008-08-27
作者：飞思卡尔半导体， 100022
仔细观察一辆混合动力汽车的构造，您会看到汽车上有两个独立的引擎：一个汽油发动机、一个电动发动机。两个发动机一前一后，动力互通，以实现最佳的效率和性能。
当今的下一代通信处理器" title="通信处理器">通信处理器拥有相同的混合架构，将强大的处理器核心与独立的片上" title="片上">片上通信引擎相结合。飞思卡尔" title="飞思卡尔">飞思卡尔行业领先的PowerQUICCTM架构就是这样的一个典型架构。作为全球应用最广泛的通信处理器，PowerQUICC体系结构是全球众多客户的首选技术，包括蜂窝基站和控制器、数字用户线路接入复用器(DSLAM)、路由器、交换机、网关、无源光网络" title="光网络">光网络(PON)解决方案、互联网协议语音(VoIP)和其它设备的350多家制造商。PowerQUICCTM架构采用一个PowerPC核心，主要用于控制平面处理。基于RISC的独立通信处理器模块(CPM)负责处理外围设备处理任务和多个通信协议(ATM、以太网，HDLC)，从而与CPU协调一致地工作。过去10年以来，CPM一直是PowerQUICC架构和通信行业内的主流，满足全球数百个飞思卡尔客户的数千次系统设计的协议处理需求。
现在，该是下一代通信处理模块" title="处理模块">处理模块唱主角的时候了。飞思卡尔全新推出QUICC EngineTM技术是通信处理模块演进的重要一步。
1 风驰电掣的通信处理模块-QUICC EngineTM
QUICC Engine技术不但具有通信处理器模块的功能，并且在原有基础上迈进了一大步。它用两个RISC引擎来取代CPM的一个引擎，提供的数据吞吐率是原来的四倍，频率可扩展到500MHz (CPM是333MHz)，支持DDR存储和千兆以太网。CPM在L2应用上表现出卓越性能，但QUICC Engine技术支持L3以上的处理，执行更为复杂的任务，如互通、转发、交换和解析等。通过处理这些复杂的任务，QUICC Engine技术能够将PowerPC核心解放出来，使其专注于控制平面的处理，这也是正是设计PowerPC的本意。
2 融合性、兼容性和经济高效性
QUICC Engine的所有这些特性对于满足当今通信市场上的“3C”(即融合性、兼容性和经济高效性)需求至关重要，能够帮助设备制造商实现与因特网协议(IP)的网络融合性，在不同的软件平台提供兼容性，降低下一代有线和无线接入设备的成本，高效开发宽带技术设备。
为了帮助制造商有效地利用网络和技术的融合，QUICC Engine提供以下特性：
·达1.2Gbps的协议互通，高达2Gbps的终端处理。互通可以节约协议编程工作，降低从异步传输模式(ATM)、时分复用(TDM)和其它协议向IP网络迁移的成本。QUICC Engine可以实现高带宽互连，而无需占用CPU资源，从而提高总体性能，降低功耗。
·各种标准的广泛集成接口，如TDM、以太网和UTOPIA接口。
·ATM适配层、ATM反向多路复用(IMA)和其它协议的一致性协议实施。
在整个设计项目中，软件开发是一个重要组成部分。作为CPM的演进产品，QUICC Engine可以兼容以前的几代PowerQUICC。这有助于降低开发成本，加快产品上市，并从如下方面保护客户投资：
·PowerPC 指令集架构 (ISA)，这是最流行的嵌入式通信处理器体系结构。
·CPM 应用，利用PowerQUICC 客户软件的广泛用户群。
·PowerQUICC体系结构的第三方开发工具生态系统，它是业界最成熟的系统。另外还有行业领导者(如 Wind River Systems, Inc、Green Hills Software, Inc和QNX Software Systems, Ltd)以及众多其它公司的ADS板卡、操作系统和协议栈。
·程序员培训。QUICC Engine的编程模型拥有与以前的CPM工具相同的外观和感观
为了实现经济高效性，飞思卡尔提供了片上系统(SoC)集成，使QUICC Engine能够为一系列应用进行优化。
·对零售和用户端设备来说，QUICC Engine可以配备一个RISC核心，以帮助降低成本。
·对于需要极高带宽的应用来说，可以配备多个RISC核心。
·根据端口密度要求，可以增加或减少通用通信控制器(UCC)和多通道通信控制器(MCC)的数量。
QUICC Engine技术是一个可编程的片上系统(SoC) 功能构件，可以加速通信协议。它提供集成的多协议处理和互通技术，速度达到1.2Gbps。它可以减轻PowerPC处理核心的负担，从而增强系统的整体性能。QUICC Engine技术能够与基于PowerQUICC处理器的现有软件产品兼容，因而设备设计人员能够利用现有的代码库，从而降低系统成本。
3 快速启动的QUICC Engine时代——MPC8360E
PowerQUICCTM II Pro系列
第一款采用QUICC Engine技术的飞思卡尔通信处理器产品是MPC8360E PowerQUICCTM II Pro系列，QUICC EngineTM如图1所示。该系列基于e300 PowerPC 片上系统平台，包括MPC8360E和MPC8358E处理器，每款处理器都由QUICC Engine技术提供支持，具有集成的安全引擎特征。这些全新的PowerQUICC II Pro设备旨在为IP融合市场上那些对成本敏感、想要达到两全其美的用户提供最佳性价比，并在控制平面和数据路径功能之间达到平衡。PowerQUICC II Pro的目标应用包括：IP DSLAM、IP语音(VoIP)系统、3G无线基础设施、无源光网络(PON)设备、多业务接入节点(MSAN)和中小型企业(SME)路由器等。
作为MPC8360E PowerQUICC II Pro系列的成员之一，MPC8358E处理器与MPC8360E具备针脚兼容性。MPC8358E是一种经济高效的低功耗处理解决方案，能够满足宽带接入应用的性能要求，如中小型企业(SME)路由器、低端DSLAM和IP专用自动分交换机(PABX)系统。
4 e300片上系统平台
MPC8360E PowerQUICC II Pro基于e300片上系统(SoC)平台，因此能够轻松地快速添加或删除功能块，开发其它基于SoC的系列产品，满足新兴市场需求。e300 SoC平台采用飞思卡尔的e300 PowerPC核心。e300核心基于PowerPC指令及体系结构，是应用于上一代PowerQUICC II 处理器的PowerPC 603e核心的增强版本。
MPC8360E还有其它一些增强特性。它的L1高速缓存达到以往的2倍(32KB数据高速缓存和32KB指令高速缓存)，并提供集成的奇偶校验，以及其它性能增强功能。e300核心能与基于603e核心的现有产品软件兼容。
5 连 接
MPC8360E处理器可以支持广泛的通信接口，如MII、RMII、GMII、TBI、RTBI、NMSI、UTOPIA、POS和TDM。两个32位DDR存储控制器可以确保高速的存储访问。本地系统总线能以133MHz频率运行。下列接口还能提供更多的系统连接：双UART接口、双I2C (inter-integrated circuit)接口、双串行外围设备接口(SPI)、PCI接口和通用串行总线(USB)接口(兼容USB 2.0全速/低速)。
6 集成安全性
MPC8360E和MPC8358E处理器采用飞思卡尔的安全协处理器系列的强大集成安全引擎，以提供集成安全性。集成安全引擎支持DES、3DES、MD-5、SHA-1、AES和ARC-4加密算法，以及公钥加速器和片上随机号码生成器。根据Ipsec、IEEE(r) 802.11i及其它安全协议的要求，集成安全性引擎能够进行Single-pass加密和验证。
7 应用示例
在VoIP应用中，QUICC Engine是传统TDM网络和基于QUICC Engine技术的IP系统之间的理想网关，支持从672条到2000多条不等的语音通道。
PowerQUICC IITM Pro的典型应用包括：
·远程接入服务器
·中小型企业路由器
·小型办公室/家庭办公室(SOHO) 路由器
·LAN到WAN网桥路由器
·蜂窝基础设施
·媒体网关
·电信交换机控制器
·同步光网络(SONET)传输控制器
·工业控制器
·PON光线路终端
·有线电视头端
带有QUICC Engine支持的 PowerQUICC II Pro应用：
·IP-DSLAM线路卡和上行卡
·VoIP网关
·3G 基站
·适用于IP自动专用交换分机的集成语音路由器
·PON光网络单元
·WiMAX IEEE 802.16无线基站和超级接入点
用户可以开发DSLAM和ATM到以太网的转换设备，以及类似的PON设备，具有行业领先的性价比和端口密度。使用QUICC Engine的MCC和UTOPIA MPHY功能，DSLAM可以处理多达128个PHY/UTOPIA，同时支持124 PHY标准接口连接。QUICC Engine支持ATM与以太网的互通和IP聚合，这就使得它非常适合于PON光网络终端系统。
从2G和2.5G到全分组化3G无线基础设施的迁移，要求与传统TDM和ATM基站的互通和交换。QUICC Engine可支持多达256条信道，提供IP传统链路，维持与现有系统软件的兼容性。在此迁移过程中，它可以大幅降低设备成本。