基于分布调度的FC交换机交换电路的设计与实现

摘要

随着网络技术的不断发展，人们越来越多的将各种数据信息以不同的形态存放于网络上，从而与周围人实现了数据的共享。网络上信息容量的极具增加，对网络存储技术提出了更高的要求。作为网络存储实现方式之一的存储区域网络技术由于具有数据共享、数据统一存储等优点，已经成为国内外的研究热点。光纤通道协议的低延迟、高速率以及低误码率等能够很好的满足存储区域网络的要求。因此，大多数的存储区域网络都是基于光纤通道协议构成的。在存储区域网络的构成中，光纤通道交换机是核心设备。本文首先在光纤通道协议的基础上，分析了光纤通道交换机所实现的协议层次，然后介绍了光纤通道交换机的结构，光纤通道交换机分为数据帧交换层和管理层两大部分，本文的主要工作是设计并实现数据帧交换层中的交换电路。通过对交换电路排队方式以及交换结构的讨论，本文交换电路的排队方式采用VOQ形式的输入排队方式，交换结构采用Buffered-Crossbar交换结构。调度算法对交换机性能有着非常重要的影响，算法性能和硬件实现难易是衡量调度算法的关键因素。本文利用OPNET软件对交换电路进行建模，然后在伯努利均匀与ON-OFF突发流量下，对目前比较常用的几种调度算法进行仿真，最后综合考虑算法性能与硬件实现难易这两方面因素后，输入调度算法采用LQD_RR调度算法，输出调度算法采用RR调度算法。
　　本研究把交换电路的设计分为路由模块、输入缓存模块、输入调度算法、交换结构以及输出调度算法5个部分。路由模块通过提取数据帧中的D_ID字段，控制数据帧存入到相应的输入缓存中，输入调度算法读取输入缓存中的数据，并控制数据存入到交换结构相应的交叉点缓存中，输出调度算法读取交叉点缓存中的数据帧，并从输出端口输出。采用Verilog语言对交换电路的每个模块进行了RTL级描述，并用Modelsim软件做了功能仿真，仿真结果表明每个模块的设计都是正确的，然后将各个功能模块连接起来进行仿真，仿真结果表明了交换电路整体设计的正确性，最后在QuartusⅡ环境下进行综合，用Alter Cyclone IVEFPGA开发板进行验证，代码经过时序分析，频率最大可以达到80.72MHz，满足本交换电路时钟频率53.125MHz的设计要求，并且通过SignalTap抓取的输入与输出数据结果一致，从而证明了交换电路硬件设计的正确性。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究进展

1.3 论文的研究内容及意义

2 光纤通道交换机概述

2.1 光纤通道协议分析

2.2 光纤通道交换机结构

2.3 交换电路的设计

2.4 本章小结

3 调度算法仿真分析

3.1 交换电路介绍

3.2 调度算法介绍

3.3 交换电路建模

3.4 仿真结果分析

3.5 本章小结

4 交换电路设计

4.1 路由查找模块

4.2 VOQ与Buffered-Crossbar结构

4.3 输入调度算法

4.4 输出调度算法

4.5 本章小结

5 交换电路整体仿真及FPGA验证

5.1 交换电路整体结构

5.2 交换电路整体仿真

5.3 交换电路FPGA验证

5.4 本章小结

6.1 工作总结

6.2 后期展望

致谢

参考文献