【经验】井芯微电子SDI3210软件定义互连交换芯片三大典型案例解析

1、产品概述

SDI3210 软件定义互连交换芯片（以下简称“3210”）是世界首款支持多种协议类型的交换芯片，最多可支持 32 个端口或 32 路高速通道，其中每个端口协议类型都可定义为 RapidIO、Fibre Channel、或者以太网， 并且支持异构协议之间的实时转换，每个通道最高速率达 10.3125Gbaud，提供了 320Gbps 的无阻塞交换能力。

图1：SDI3210实物图

基于 3210 的交换方案可灵活实现异构协议网络的互连互通，适用于板内芯片到芯片、板间、机柜间互连等应用。

2、产品特性

3210 是目前全球唯一一款可支持网络链路层及以下软件定义的互连芯片，可为不同行业和应用提供灵活泛在的连接，是我国信息领域自主创新的又一项重要技术成果。

图2：SDI3210结构框图

3、应用场景

3210 可通过软件定义应用于现有的多种应用场景，既可作为单一协议网络的交换芯片应用，也可工作于混合协议混式，实现不同二层协议之间的互连互通。

不需要协议转换的应用场景下：芯片能够通过软件定义成普通交换芯片使用，相当于：

1）以太网二层交换芯片

2）RapidIO 交换芯片

3）FC 交换芯片

需要协议转换的应用场景下：芯片能够通过软件定义成：

1）核心交换模式 “SDI-C”

2）边缘接入模式“SDI-A”

实现大规模异构二层协议网络的互连互通。

图3：单一与混合协议组网示意图

4、典型案例

3210 可以实现异构协议的互连互通，因此在谱系简化，系统集成，安全防御等方面具有天然优势。可用于以解决大带宽、高实时灵活数据交互连需求的领域。下面通过三个典型案例解析来更深入的了解产品特点。

案例一、基于 SDI 芯片的数字信号处理系统升级

数字信号处理系统中经常需要实现多种协议数据的接收、转发、异构协议数据转发等功能，图4所示的某典型案例系统，边缘的数据采集芯片将数据采集完成后，经处理器处理后再通过 RapidIO 协议数据进行处理交换转发，转发的数据可以存放到本地的存储系统或者远端的存储系统中。

图4：基于 SDI 的信号处理系统

• 本地存储系统数据存放中， RapidIO 协议数据需要转换成 FC 协议数据，并通过 FC 专用的交换网络进行数据交换转发

• 远端存储系统数据存放中， RapidIO 协议数据需要转换成以太网协议数据，并通过以太网交换网络传输至远端的本地网络中，本地网络将接收到的数据再转换为 FC 协议数据

• 不同边缘节点处理后的数据会有交换转发的需求，各个专用网络中都有数据交换转发的需求

可以看出该数字信号处理系统中存在异构协议的互连互通，同时也存在同种协议的交换互连，为了该系统正常工作使用了三种专用网络交换芯片和三种协议转换的桥接芯片，系统开发维护难度大。

为此， 采用 SDI 芯片对该系统进行了升级， 将系统中用于协议转换和数据交换的芯片替换为 SDI 芯片，实现不同协议的网络交换和协议转换功能。

结论：采用 SDI 芯片升级后大大简化了系统组成， 三种专用网络交换板卡合为一种类型的 SDI 交换板卡，并且删减了专门用于桥接设备的芯片及电路，大大降低了数字信号处理系统设计难度，节省了成本，简化了系统谱系，提升了适配性。

案例二、基于 SDI 芯片的视频传输系统

图5所示为一个典型的视频数据传输系统，其基本需求是通过 4 路千兆以太网端口实现摄像头数据的接收，然后将数据转换为 FC 协议，并通过 FC 交换网络将数据存放到存储单元中，实现视频数据的实时存放，控制系统可通过 422 总线控制 FC 存储设备数据的选择和读取，并且通过传输装置实现视频数据传输，最后将接收的视频数据进行解码并实时显示。

图5：基于SDI芯片的视频传输系统原型

在该系统中，由于受限于空间环境，视频采集和观测点较少，但是观测手段多样，并且存储设备为 FC 协议，因此需要实现千兆以太网协议与 FC 协议，RapidIO 协议与 FC协议之间数据的转换。

结论：利用 SDI 芯片设计了视频传输系统原型，通过一块板卡实现了千兆以太网 协议与 FC 协议，RapidIO 协议与 FC 协议异构协议数据之间限速协议转换和实时转发。

案例三、基于 SDI 芯片的产品批量测试系统

某单位新开发产品当前处于批量测试阶段，该产品支持 RapidIO 协议和 Ethernet 协议， 两种协议接口均需进行测试。

在测试中，从自动化系统测试切换到人工专项测试，由于测试接口类型不一致，人工专项测试接口数量受限，需要频繁切换测试网络，造成测试过程复杂、 测试结果一致、排查故障困难等问题。因此希望尽量减少人工测试成本，实现自动化测试。

在人工测试系统中，主机的以太网协议通过转换盒把接收到的 UDP 数据包转换成 RapidIO 数据包，若想实现自动测试系统和人工测试系统的自由切换，需要构建一个接口网络交换机进行处理，故基于 SDI 芯片设计了图6所示的测试系统，其中接口数据交换机需要实现 RapidIO 协议与以太网协议之间的互连互通，且需要支持灵活的互连。

图6：批量测试系统

结论：该需求中需要实现任意接口互连下 RapidIO 与以太网协议的互连互通，因此采用传统固有协议接口的数据交换机将需要不断的改变硬件设备，难以降低人工成本，采用 SDI 芯片的解决方案较好的解决该问题，提高了测试效率。

5、配套工具

为了让您更好的的使用SDI3210芯片灵活的软件定义配置和一型可替代多个品种的强大能力。我们为您提供了多种软硬件工具支持，用来指导您快速学习及使用芯片功能，高效的完成调试、配置工作。

板卡解决方案：SDI3210 评估板

评估板通用架构分为 1 个主板，3 个配置处理器，3 个协议处理器。形成 SDI 协议处理 + 协议转换 + 数据交换的一体化应用平台。为客户应用提供官方、直观、面向系统的演示平台

图7：SDI3210 评估板

• 多种通用接口，便于评估SDI3210芯片功能
  

• 支持3片uTCA 标准板卡，方便构建异构计算验证平台

• 支持ZYNQ、PowerPC、DSP等多种计算板

• ComE配置处理子卡具有IIC、PCIE和RapidIO接口

优势：可在系列平台上快速部署应用，大大降低用户开发风险，加快系统开发应用的时间。

板卡解决方案：SDI3210 OPT性能测试板

性能测试板用于 SDI3210 交换芯片的功能及性能评估。单板交换能力 320Gbps，用于快速搭建用户自组网测试平台。

图8：SDI3210 OPT 性能测试板

• 用于3210芯片性能测试，32路全双工通道

• 易于搭建组网测试平台，支持多种协议之间的转换

• 8个QSFP+光模块，1个SMA阵列

• 内嵌PowerPC架构T2080灵活对接SDI3210高速端口

优势：指导您快速熟悉配置流程，开发环境，以及协议转换应用手段。

软件：SDI3210 配套软件

软件定义互连交换芯片配套软件是用来指导用户快速学习和使用 3210 芯片的各种功能。

图9：SDI3210 配套管理工具

该软件可实现对交换芯片的管理和配置，主要包括端口状态查看及配置、路由配置、 PMT 配置、初始化配置。该软件能够大大加快客户的应用开发时间，可用于 SDI3210 评估板、 OPT 测试板，或者客户的定制板卡。

6、小结

SDI3210芯片是软件定义第一代芯片，主要面向软件定义国际主流标准协议而设计，可实现32个通道互连协议的软件定义，实现当前多种国际主流协议的互连互通，是网络互连方向“专用的可编程器件”，但又比FPGA有更快的互连协议解析能力。

可广泛应用于移动网络基站设备、数据中心、高性能计算、视频监控、医疗成像、工业控制、人工智能、大数据、5G、工业互联网等不同的场景中。