大容量ATM交换机的交换模块的FPGA实现

摘要

ATM技术采用定长短分组实现异步时分复用和高速硬件交换,具有能保证实时业务的服务质量和优良的流量控制等诸多优点,在空间交换和其它专网中优势明显。因此,为了我国掌握通信网设备的核心技术和拥有自主知识产权,非常有必要开展基于FPGA的ATM交换实现的研究。
　　本文结合“星上10Gbps大容量交换原型样机”项目,综述ATM交换结构及其缓存结构若干问题,探讨了FPGA设计技巧、静态时序分析的作用和原理,归纳了从不同层面提升FPGA设计性能的方法等。在课题组研究论证的总体方案基础上,本文采用VHDL语言编程,重点研究了ATM交换原理样机交换模块中信元收发、总线位宽变换、信元写入与读出调度、信元优先级和流控等子模块的设计与实现,并完成所有模块的软件设计与仿真、样机硬件的测试,验证了交换模块的正确性。最后提出下一步待开展的研究工作。论文所做工作为研制我国的ATM交换芯片奠定了良好的技术基础。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 ATM交换及其芯片发展现状及趋势

1.2 卫星ATM技术的发展现状及趋势

1.3 本文的研究意义

1.4 论文章节安排

第二章 ATM交换机结构及缓存结构若干问题

2.1 ATM交换中的主要概念

2.2 ATM交换机的基本原理

2.2.1 交换结构分类

2.2.2 共享介质交换

2.2.3 CrossBar结构

2.2.4 队列结构

2.3 共享存储器缓存结构多播/广播的实现

2.4 共享存储器缓存结构的反压策略

2.5 共享存储器缓存结构地址链稳定性分析

第三章 FPGA设计原理及设计关键技术研究

3.1 Xilinx FPGA的开发环境

3.1.1 Xilinx集成开发的工具ISE

3.1.2 综合工具

3.1.3 仿真工具

3.2 FPGA设计

3.2.1 FPGA设计流程

3.2.2 FPGA的配置电路

3.2.3 FPGA实现技巧探讨

3.3 静态时序分析在FPGA开发中的作用

3.3.1 数字集成电路的时序概念

3.3.2 FPGA中的时序约束

3.3.3 静态时序报告分析

3.4 提升FPGA设计性能的方法

第四章 CIOQ共享缓存交换机及子模块的FPGA设计与实现

4.1 交换原理样机结构框图

4.2 交换模块总体设计

4.2.1 交换模块的参数

4.2.2 交换模块的工作流程

4.3 信元预处理与交换接口子模块

4.4 信元接收与发送子模块

4.5 信元头部处理子模块

4.6 总线位宽变换子模块

4.7 信元写入中央缓存控制子模块

4.8 信元读出调度控制子模块

4.9 信元优先级与流控的实现

4.10 布局布线后交换模块的FPGA实现图

第五章 样机交换模块测试

5.1 交换模块验证测试

5.1.1 FPGA的测试方法

5.1.2 交换模块的测试方法

5.2 整机测试及结果

5.2.1 VP交换验证

5.2.2 VC交换验证

5.2.3 测试结果

5.3 遇到问题分析及解决办法

结束语

致谢

参考文献

作者在读期间研究成果