以太网交换控制芯片的建模

摘要

交换控制芯片是通信设备--交换机中的核心芯片，用硬件的方式实现交换功能。其数据交换速率高，对通信数据具有控制和管理能力，并遵循通信协议和规范。交换控制芯片的技术性能指标反映在吞吐量、延迟、丢帧率、地址表深度、线端阻塞、组播、QOS、端口干路、生成树、安全性等方面。高度集成化的交换控制芯片技术是交换机的单片系统解决方案，为以太网技术提供了物理基础。 本文结合八口以太网交换控制芯片的设计，深入研究了总线、环形以及矩阵开关的交换结构，比较了输入缓冲、输出缓冲和共享中央缓冲机制，分析了流量调度算法和队列调度算法，在对这些技术进行对比与总结的基础上，从系统结构着手，以802.3u、802.1d、802.1p和802.3x以太网协议为基础进行了交换控制芯片的结构与组织设计。根据交换控制芯片的功能，本文采用Verilog硬件描述语言，设计了用于二层交换的交换控制模型。并用Mentor公司的Modelsim工具进行了仿真和分析，对应的RTL级代码性能测试在FPGA的以太网硬件验证平台上完成。验证和测试结果表明，交换控制部件实现了预期的功能。 本文的交换控制芯片设计采用了先搭建芯片模型和验证平台的方式完成系统体系结构的设计，涉及的设计技术是比较新颖的。