高速交换系统的研究及其专用集成电路的前端设计

摘要

该论文的目的是设计一个高速ATM交换系统,主要分成3个部分:1)对目前交换系统进行分析研究.该论文定性分析了目前的分析交换系统,主要是时分交换系统和空分交换系统,以及空分交换结构对应缓存策略.由于目前光通讯技术的发展速度超过半导体工艺的进展速度,时分交换技术的分析结果表明它已经无法满足高速大规模交换系统的要求.2)确定高速交换系统所采用的交换结构,对其进行详细的分析仿真.该论文将定量的分析和仿真空分交换结构和对应的调度算法,深入的了解Crossbar和MIN(包括EMIN)空分交换系统各方面的性能,分析和仿真输入缓存和输出缓存的缓存策略.由于输入缓存的队头阻塞使得高负载条件下输入缓存策略的交换系统各方面性能急剧下降,由此提出了克服输入缓存队头阻塞的改进方法,最后该文决定选用虚拟输出队列(VOQ)的输入缓存策略,并且研究了与虚拟输出队列相对应的iLQF(最长队列优先)和DPA(对角线优先)信元调度算法,为交换系统的ASIC设计提供依据.3)根据前面的结论,设计出交换系统.在前面分析的基础上根据目前的条件,对一个空分交换系统各模块进行前端设计和仿真,由于交换系统的功能复杂,我们一部分将采用直接画原理图的方法进行设计,大部分将采用集成电路设计自动化的方法进行设计,即采用硬件设计语言Verilog-HDL进行设计,用Synopsys软件对设计进行综合,生成线路图,然后作门级电路仿真.在完成各模块的设计后,我们设计一个完整的ATM交换系统,输入模块采用虚拟输出队列的缓存策略,调度算法用对角线优先的DPA调度算法,采用Crossbar的交换结构,然后对其进行仿真和计算,结果表明我们设计交换系统与目前光纤通讯网络的数据传输速度匹配.

目录

文摘

英文文摘

第一章引言

§1.1高速通讯网络与交换机

§1.2本论文主要工作

第二章通讯网络中的交换系统

§2.1交换系统的基本结构和功能

§2.2评价交换换系统的主要性能参数

§2.3交换结构分类

§2.4缓存策略

第三章空分交换结构及调度算法的分析研究

§3.1信元模型与排队理论

§3.1.1信元模型

§3.1.2排队理论

§3.2输出缓存与输入缓存的数学模型分析与仿真

§3.2.1输出缓存的数学模型与分析

§3.2.2输入缓存的数学模型与分析

§3.3虚拟输出队列的缓存策略及调度算法的研究

§3.3.1 iLQF调度算法

§3.3.2 DPA调度算法

§3.4 EMIN，Crossbar交换结构分析仿真

第四章交换系统模块的前端设计仿真

§4.1交换系统输入模块和交换结构设计、仿真

§4.1.1交换系统输入模块的设计、仿真

§4.1.3 Crossbar交换结构的线路设计、仿真

§4.2 iLQF调度算法的设计与仿真

§4.3 DPA调度算法的设计与仿真

§4.3.1 DPA调度算法模块的设计

§4.3.2输入移位模块和输出移位模块的设计

第五章ATM交换系统设计

§5.1交换系统对信元的处理

§5.2交换系统的结构

§5.3仿真结果与讨论

第六章结论

致谢

参考文献

附录1.调度算法仿真源程序

§1.1iLQF调度算法模块的仿真源程序

§1.2DPA调度算法模块的仿真源程序

§1.3轮询调度算法模块对虚拟输出队列配合EMIN交换结构的仿真源程序

附录2.交换系统的HDL设计

§2.1虚拟输出队列模块的设计

§2.1.1整个模块设计

§2.1.2端口模块的HDL设计

§2.1.3信元FIFO模块的HDL设计

§2.2FLIP交换网络模块设计

§2.2.1整个结构的设计

§2.2.2FLIP网表文件

§2.2.3控制模块的HDL设计

§2.2.4子模块1设计

§2.2.5子模块2设计

§2.3iLQF调度算法的HDL设计

§2.4DPA调算法的HDL设计

§2.4.1整个模块的设计

§2.4.2输入移位模块的HDL设计

§2.4.3输出移位模块的HDL设计

§2.5整个交换系统设计

§2.5.1VOQ+DPA模块的设计

§2.5.2子模块设计

§2.5.3整个交换系统设计