高速可扩展网络交换调度系统的实现及组播技术研究

摘要

本文研究了可扩展网络交换调度系统FSSA的实现及组播的RTL级设计。FSSA是在国家自然科学基金资助下提出的一种公平可扩展网络交换调度结构,旨在解决单片调度器规模和输入/输出端口数受集成电路工艺限制的问题。它由若干片容量较小的调度器(子调度器)串联而成,在中心控制器的控制下,各子调度器并行工作完成大容量、多端口的调度任务。在实际应用中,FSSA可根据需要扩展成不同容量和端口数的调度器,不仅速度高,而且规模可扩展,从根本上解决单个调度器容量和端口受限的问题。 本文采用Xilinx Virtex-4 FPGA设计实现了基于FSSA的64×64可扩展调度器,该调度器由4片FPGA级联构成,每片完成16×64的子调度器任务。设计中充分合理地应用了Xilinx Virtex-4 FPGA的新特性以及其内嵌的IP核及功能模块,如高性能输入输出串/并(ISERDES)、并/串转换器(OSERDES)、数字时钟控制器DCM等,节省了FPGA宝贵的硬件资源,提高了芯片的速度和性能。 在此基础上,通过精心、合理的设计,成功构建了由4片FPGA构成的FSSA验证平台,并进行了测试。单片FPGA的测试结果表明,每个子调度器时序和功能正确,能够同时处理16路640Mbps的数据。整个系统的测试结果表明,各子调度器通过正确的时序配合和信息交互,真正实现了64×64的调度功能。 另外,本文对组播算法进行了一定的研究,设计实现了适合FSSA的组播方案。仿真结果标明,该系统通过单播/组播标志实现组播的合理调度,不仅使可扩展调度系统具有完整的单播、组播调度功能,而且充分复用单播调度模块,节省硬件资源。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第一章绪论

1.1课题背景及意义

1.2本文主要研究内容和结构安排

第二章嘲络调度系统及算法概述

2.1网络调度系统的发展

2.1.1传统的网络调度系统

2.1.2交换式的网络调度系统

2.2交换式网络调度系统的结构

2.2.1输入队列(IQ)交换

2.2.2输出队列(OQ)交换

2.2.3输入输出(CIOQ)交换

2.2.4几种交换结构的比较

2.3网络调度算法概述

2.3.1 iSLIP算法

2.3.2 FIRM算法

2.3.3 LQF算法

第三章可扩展网络调度系统验证平台设计

3.1可扩展网络调度系统原理

3.2子调度器算法

3.3 14×64子调度器的FPGA实现

3.3.1器件选型

3.3.2管脚分配

3.3.3时序约束

3.3.4实现结果分析

3.4可扩展调度器验证甲台设计

3.4.1系统需求分析

3.4.2验证系统中的主要器件

3.4.3原理图设计

3.4.4印制电路板(PCB)设计

3.4.5验证板调试

第四章可扩展网络调度系统的测试

4.1测试方案

4.2子调度器测试结果及其分析

4.3可扩展调度器测试结果及其分析

第五章组播调度算法及其RTL级设计

5.1组播调度算法概述

5.2具有组播功能的町扩展调度器的设计与实现

5.2.1线卡接口模块的设计与实现

5.2.3请求(REQ)模块设计

5.2.4调度判决模块(SAL)发计

5.3组播功能仿真

第六章全文总结

6.1本文已取得的研究成果

6.2待进一步研究的问题

致 谢

参考文献

作者攻读硕士学位期间发表的论文及专利