本文介绍了多网口后板（RTM）的普通设计方案，提出了优化解决方案，并从软、硬件方面进行了比较，并且描述了新方案在却载CPU负荷、防止“中断风暴”等方面的创新性设计。

    先进的电信计算平台ATCA(Advanced Telecom Com-puting Architecture）是国际工业计算机制造者联合会PICMG(PCI Industrial Computer Manufacturer's Group）标准历史上最重大的革新。它的设计初衷是针对电信运营级应用，为下一代通信及数据网络应用提供一个高性价比、模块化、兼容性强、扩展性好的硬件构架，为新一代电信运营设备提供一个“可靠、可用、适用”的解决方案。

    ATCA不仅能因其总线的开放性而降低电信设备总体部署成本，而且最大限度地提升了不同厂商产品之间的兼容性。ATCA设备在降低网络建设和维护成本的同时，还可以通过更换板卡快速支持新应用和新业务，灵活性更强。由于这些优点，ATCA架构不仅在电信运营领域得到了广泛应用，也逐渐在仪器仪表、军事和航空航天等领域受到关注。

1多网口后板的设计所面临的问题

    符合ATCA标准的系统由一个或多个热插拔线卡（即模块）组成，这些线卡也称为现场可替换单元FRU(FieldReplacable Unit)。在基于ATCA的网络设备中，为了提供数量多且性能高的网络接口，往往在前板安装先进的网络处理器NPU(Network Process Unit）或CPU，而在同槽位的后板（RTM）上布置多个网络接口连接器（如RJ45或者SFP插槽），用于连接外部网线或光纤。

    RJ45接口最高支持1 000 Mb/s的以太网速率，接口电缆是铜电缆，不适应电信设备“光进铜退”的发展趋势。而SFP(Small Form-factor Pluggable transceiver）插槽由于既能容纳RJ45接口的电模块（Copper SFP ），也能容纳FiberJack接口的光模块（Fiber SFP ），灵活性好，速率可达10 Gb/s，因此越来越得到设计师的青睐。但是如何管理这些SFP模块，对设计师而言，在硬件和软件方面，面临如下问题：

    (1)硬件方面：因为ATCA标准规定，前板通往后板和背板的连接器分为3个区域：区域1、区域2和区域3。其中，区域1用于电源和管理信号，连接到背板；区域2负责前板之间的数据通路，也连接到后板；区域3用于前后板的连接，信号自定义，而前后板的连接无需经过背板，采用共面互连技术。区域3最多允许安放3个高速连接器，因为前后板之间的连接信号数量有限，所以在利用这些互联信号时需要精打细算。互连信号越少，就越能节省昂贵的高速连接器，降低产品成本。按照SFP标准，每个SFP模块都提供了一个符合I2C标准的管理接口，通过I℃接口，系统可以获得模块的型号、参数和工作状态等信息。

    如果把每个模块的I2C接口总线都连接到如图1所示的前板，则会造成浪费。因为一个I2C接口需要占用2个互连引脚，I2C占用的互连引脚越多，留给其他模块的互连引脚就越少，而实际上有相当多的互连引脚被用于传输以太网的收发信号，才能保证足够的数据通路带宽。

      另外，所有同类型SFP模块的I2C接口的器件地址都是相同的，而I2C标准规定每条I2C总线上不能存在两个相同的器件地址，所以当它们与CPU相连时，必须经过I2C复用器（因为处理器通常没有足够的I2C总线接口）。I2C复用器可以采用专用的芯片实现（如PHILIPS公司的PCA9548A，支持将一个I2C接口扩展为8个I℃接口），也可以用CPLD或者FPGA实现。

    (2)软件方面：I2C是一种低速串行总线，频率一般为100 kHz或400 kHz。以100 kHz为例，如果不考虑器件的响应时间，读取一个字节大约耗费40个I2C时钟周期（约0.4 ms）。因为处理器和I2C复用器之间只有一个I2C接口相连，处理器不得不通过逐个轮询的方式去查询各个SFP模块的状态变化，占用了大量的CPU资源；如果用中断方式，SFP模块标准中又没有定义模块的中断引脚，硬件架构上不提供支持。所以，如何有效管理各个SFP模块而又尽可能低地耗费CPU指令是软硬件设计面对的一大难题。对以上问题，本文提出下面的优化解决方案。

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