本文關鍵詞：路由器中CICQ交換結構研究與FPGA實現(xiàn)

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【摘要】：隨著互聯(lián)網(wǎng)應用不斷擴大,互聯(lián)網(wǎng)承載的業(yè)務,已由過去單純的數(shù)據(jù)業(yè)務向語言業(yè)務、視頻業(yè)務、游戲業(yè)務等多方向發(fā)展。網(wǎng)絡互連設備如核心路由器和大型交換機成為了互連網(wǎng)高速發(fā)展的關鍵設備。在交換機和路由器中,交換結構是其核心單元,決定了網(wǎng)絡互連設備的性能。目前交換結構及交換結構的調(diào)度算法已成為熱門研究課題。本文分析了現(xiàn)有交換結構的不足,采用APRR調(diào)度算法設計了帶緩存的交叉開關交換結構(CICQ),設計了應用于路由器的可自定義寄存器總線,在Xilinx公司的FPGA平臺上實現(xiàn)了該交換結構和寄存器總線。在交換結構輸入端,采用虛擬輸出隊列消除了隊頭阻塞,降低了報文丟包率。采用溫度計編碼和反溫度計編碼,設計了交換結構的可編程優(yōu)先級仲裁器。采用APRR調(diào)度算法提高了交換結構在非均勻業(yè)務下吞吐率,應用二級流水線調(diào)度機制,降低了報文的轉發(fā)時延�；赩irex-5芯片實現(xiàn)了8*8的帶緩存交叉開關交換結構。仿真結果表明,報文可以按照端口信息在8us范圍內(nèi)從輸入端口轉發(fā)到輸出端口。FPGA綜合結果表明:該交換結構消耗了26008個Slice寄存器,占了Virex-5芯片資源的31%,消耗了18632個LUT,占Virex-5芯片資源的22%,消耗了96個RAM/FIFO單元,占總資源的32%。采用了自定義的寄存器總線協(xié)議,設計了具有一位控制線和一位串行數(shù)據(jù)線的寄存器總線;對寄存器總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采用了幀頭與幀尾校驗方式,提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?基于Virex-5芯片實現(xiàn)了該寄存器總線。仿真結果表明,主控CPU能夠正確讀寫接口板路由表。FPGA綜合結果表明,該總線消耗的寄存器和查找表資源極少,不到芯片資源的1%。將CICQ交換結構和自定義總線應用于路由器中,并測試與分析了路由器的性能和功能。采用IXIA網(wǎng)絡分析儀,對路由器進行了交換容量、鏈路速率、報文轉發(fā)時延和丟包率的測試。測試結果表明:路由器交換容量大于10Gbps,鏈路速率大于1.5Gbps,轉發(fā)時延小于25us,丟包率小于10-6,滿足了路由器的應用要求。
【關鍵詞】：交換結構 總線 虛擬輸出隊列 CICQ 調(diào)度算法
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN915.05;TN791
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章緒論10-15
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.1 時分交換結構11
• 1.2.2 交叉開關交換結構11-13
• 1.3 論文研究內(nèi)容及章節(jié)安排13-15
• 第二章 CICQ交換結構發(fā)展概述15-22
• 2.1 CICQ交換結構介紹15-16
• 2.2 CICQ交換結構調(diào)度算法16-20
• 2.2.1 基于隊列狀態(tài)信息的調(diào)度算法17-18
• 2.2.2 APRR調(diào)度算法18-20
• 2.2.3 調(diào)度算法對比分析20
• 2.3 交換結構性能評價標準20-21
• 2.4 本章小結21-22
• 第三章 CICQ交換結構的FPGA實現(xiàn)22-43
• 3.1 交換結構總體方案22-26
• 3.1.1 報文傳輸格式23-25
• 3.1.2 交換結構模塊說明25
• 3.1.3 報文流量控制25-26
• 3.2 VOQ模塊設計26-30
• 3.2.1 VOQ概述26-27
• 3.2.2 FIFO模塊設計27-28
• 3.2.3 VOQ狀態(tài)機的設計28-30
• 3.3 仲裁器模塊設計30-36
• 3.3.1 PPE模塊30-33
• 3.3.2 優(yōu)先級仲裁器模塊33-36
• 3.3.3 APRR調(diào)度算法實現(xiàn)36
• 3.4 Crossbar模塊設計36-39
• 3.5 數(shù)據(jù)輸出模塊設計39-41
• 3.6 CICQ交換結構的整體實現(xiàn)41-42
• 3.7 本章小結42-43
• 第四章寄存器總線的設計與實現(xiàn)43-53
• 4.1 寄存器總線協(xié)議43-44
• 4.2 寄存器總線模塊實現(xiàn)44-49
• 4.2.1 寄存器下行模塊實現(xiàn)45-48
• 4.2.2 寄存器上行模塊實現(xiàn)48-49
• 4.2.3 寄存器總線整體實現(xiàn)49
• 4.3 寄存器總線仿真49-52
• 4.3.1 讀路由表寄存器50-51
• 4.3.2 寫路由表寄存器51-52
• 4.4 本章小結52-53
• 第五章系統(tǒng)測試及分析53-60
• 5.1 搭建測試平臺53-55
• 5.2 路由器性能測試55-59
• 5.2.1 交換容量測試55-57
• 5.2.2 鏈路速率測試57-58
• 5.2.3 報文轉發(fā)時延測試58-59
• 5.2.4 測試結果分析59
• 5.3 本章小結59-60
• 總結與展望60-62
• 總結60
• 展望60-62
• 參考文獻62-66
• 攻讀碩士學位期間取得的研究成果66-67
• 致謝67-68
• 答辯委員會對論文的評定意見68

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中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 羅俊,李樂民,許都;測試交換結構性能的仿真信源實現(xiàn)[J];電子科技大學學報;2003年03期

2 Gabriel Bracha,繆e，

本文編號：555471