交换机网络控制接口设计验证技术研究

摘要

由于具备高速串行数据传输的特点，光纤通道在经历了最初应用于网络系统设计的阶段之后，随着各个领域对存储网络中存储量、通信速度等硬性指标的迫切需求，光纤通道转而广泛地应用于存储区域网络，为存储网络的需要和发展夯实了基础，打造了高可靠性和高性能的网络环境。
　　作为 SAN的核心组成部分，FC交换机是以光纤作为传输媒介，完成光纤通道网络系统中各节点的信息交换功能的设备，具有速度快、抗干扰能力强等优点，其性能好坏将直接影响到整个 SAN的功能。如今，市面上多应用于 SAN数据存储网络中的 FC交换机技术已经趋于成熟，在功能和性能方面均已达到较高的标准。然而，其大多数关键核心技术为国外IBM、C isco等公司所掌握，对外施行技术封锁，而且作为商用交换机的特性也限制了其在某些特定环境下的应用；另一方面，国内相关研究机构也并未针对该技术进行大范围的产业应用。总体来看，国内FC交换网络及相关领域的研究还处于起步阶段。
　　本文的主要工作是通过研究分析光纤通道相关协议，提出了一款 N×N端口（N可以取值为8、16、24、32等）全双工光纤通道交换机芯片的体系框架，并且针对交换机内部的网络控制接口，制定和实施了完善的设计验证流程。
　　光纤通道协议是美国 ANSI委员会于上世纪九十年代制定的一款串行数据高速传输协议，凭借着高带宽、高传输速率、长距离传输、高可靠性以及可扩展性等优点，光纤通道技术已经在存储区域网络中替代了传统的TCP/IP网络，成为了新一代的数据传输标准；与此同时，在现在航空设备的设计中，航电系统发展的主要结构形式也摒弃以往的分立式和互连式结构，开始朝着综合式系统结构的方向发展，并且在这一存储网络环境中，逐渐使用光纤通道协议作为其网络通信协议标准。文章分析和研究了光纤通道的协议分层和拓扑结构，以其中性能最为优越的交换型拓扑结构为核心，明确了光纤通道交换机的设计需要。在对光纤通道交换机芯片做出了简明的介绍后，根据其内部结构中具备的网络控制、地址管理、路由功能等特性，确立了光纤通道交换机中对于网络控制接口这一模块设计需求的必要性。
　　本文应用全正向设计方法，按照协议相关规定解析并提取出模块的主要功能点，详细的剖析了交换机网络控制接口设计和实现的研究过程。设计阶段完成之后，结合软硬件协同验证方法，将本文所设计的交换网控制接口置于虚拟平台和FPGA平台两类验证环境中，实施验证开发，联系验证过程进行详细的介绍，并且就其中关键功能点的实现与否给出了相应的验证结果和报告。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 研究意义和目标

1.3 本文研究内容

第二章 光纤通道交换技术

2.1 引言

2.2 协议和拓扑分析

2.3 国内外研究现状

2.4 光纤通道交换芯片概述

第三章 交换芯片网络控制接口的设计及实现

3.1 需求分析

3.2 功能简介

3.3 设计实现

3.4 模块仿真

第四章 基于虚拟平台的验证及实现

4.1 虚拟原型验证平台概述

4.2 验证平台搭建

4.3 处理器端口的验证实施

4.4 小结

第五章 基于FP GA验证平台的搭建

5.1 FPGA平台概述

5.2 FPGA平台搭建

5.3 Vivado概述

5.4 小结

第六章 结束语

6.1 工作总结

6.2 深入优化研究的可行性

参考文献

致谢

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