【摘要】：近年來,隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提出的新要求,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)勢得到了充足的發(fā)展。這不僅體現(xiàn)在對于標準以太網(wǎng)接入的需求方面,同時還體現(xiàn)在一些新興的或者需要升級改善的特定應(yīng)用場景。交換機作為網(wǎng)絡(luò)拓撲中必不可少的一個中繼站,其功能和性能直接影響網(wǎng)絡(luò)形態(tài)的發(fā)展。功能上,我們往往希望交換機能夠處理多種不同等級、不同屬性的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù),使交換機更易于組網(wǎng)和標準化,適應(yīng)于不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。性能上,我們則希望交換機具有更多的接入端口和更高的端口速率,以便適應(yīng)不斷蓬勃發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和多樣化的終端設(shè)備。自網(wǎng)絡(luò)概念興起,隨著交換機技術(shù)的不斷更新迭代,從交換方式到交換架構(gòu),交換機不斷跟隨時代發(fā)展的步伐,并從標準以太網(wǎng)交換機,衍生出多種在特定應(yīng)用場景、支持特定需求的專用交換機。但隨著用戶接入數(shù)據(jù)的多樣性以及需求的差異性,更多應(yīng)用場景迫切需要一種能夠同時支持多種不同等級業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)的交換機。時間觸發(fā)以太網(wǎng)(Time-triggered Ethernet,TTE)交換機,是一種高可靠、多冗余、時間確定且同時支持多種不同通信服務(wù)的新一代交換機,其在航空航天、軌道交通、物聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。本文結(jié)合實驗室承擔的項目“時間觸發(fā)以太網(wǎng)交換模塊研發(fā)”,基于雙平面的設(shè)計思想,重點設(shè)計實現(xiàn)事件觸發(fā)(Event-triggered,ET)交換平面分組輸入/輸出處理模塊。首先,介紹TTE交換機的產(chǎn)生背景及發(fā)展現(xiàn)狀,在此基礎(chǔ)上,針對ET業(yè)務(wù),設(shè)計以Crossbar為交換架構(gòu)的交換網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。其次,在多路端口聚合的情況下,設(shè)計實現(xiàn)分組輸入處理,包括業(yè)務(wù)區(qū)分、數(shù)據(jù)處理、查表轉(zhuǎn)發(fā)及捕獲插入等。然后,針對Crossbar交換架構(gòu),設(shè)計實現(xiàn)對分組的輸出調(diào)度及雙平面輸出仲裁。最后,通過軟件完成上述功能的仿真分析,并基于現(xiàn)場可編程門陣列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)平臺,實現(xiàn)板級測試驗證。本文核心工作點包括:第一,基于雙平面的交換網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),以Crossbar交換網(wǎng)絡(luò)作為事件觸發(fā)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)構(gòu),設(shè)計實現(xiàn)了事件觸發(fā)業(yè)務(wù)的分組輸入及輸出處理;第二,由于交換機需要與上層CPU做交互,因此設(shè)計實現(xiàn)了一種多路捕獲和單路插入的交互流程,并同時實現(xiàn)了針對交換機內(nèi)部轉(zhuǎn)發(fā)表及寄存器的配置功能;第三,由于整機交換機是雙平面設(shè)計結(jié)構(gòu),因此在輸出接口處,設(shè)計實現(xiàn)了一種輸出仲裁機制,對同步數(shù)據(jù)幀、時間觸發(fā)業(yè)務(wù)及事件觸發(fā)業(yè)務(wù)進行仲裁輸出,既可靠又高效地使用輸出接口。
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西安電子科技大學碩士學位論文16圖3.4 輸入輪詢模塊仿真圖3.1.3 技術(shù)優(yōu)勢本次設(shè)計中，基于對資源的利用評估，采用 Xilinx 公司的 XC7VX690T 芯片實現(xiàn)交換機邏輯，一方面，我們不希望采用非常多的總線數(shù)量，因為每一條總線都有相應(yīng)的處理模塊，對于較多端口的設(shè)計來講，總線數(shù)量增加，資源就會比較吃緊；另一方面，該芯片支持較高的運行時鐘和運行位寬，因此可以基于此優(yōu)勢，對單端口單總線的設(shè)計進行優(yōu)化調(diào)整。在此，我們基于千兆端口進行分析。在本次設(shè)計中，時鐘頻率采用 125Mhz，數(shù)據(jù)位寬設(shè)置為 32bits，那么一路總線的總帶寬則為 4Gbps。若一路總線僅接入一路千兆端口數(shù)據(jù)

西安電子科技大學碩士學位論文01915e0002aeb6eaf8000000008，各個字段均符合我們的預(yù)設(shè)值，由此可以得出，RC業(yè)務(wù) VL 查表功能正確。 過濾功能在這里以幀長、固定域值來驗證此功能。如 VL 查找表項設(shè)置，，過濾幀長范圍為200~1400Bytes，固定域值為 32’habadbabe，具體仿真圖如下。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN915.05;TN791

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1 高毅;TTE-ET業(yè)務(wù)分組輸入輸出處理模塊的設(shè)計與實現(xiàn)[D];西安電子科技大學;2019年

本文編號：2611239