基于MicroTCA平台的多核MAC子卡设计

发布时间：2020-05-26 22:16

【摘要】：近年来,随着通信系统对更高系统带宽、总线速度及更小空间等方面越来越高的要求,实现网络层与物理层之间整条链路的信号转换与传输工作变得越来越有难度。当系统的MAC协议处理速率达到lGbps以上的情况下,对相关硬件板卡的设计能力提出了相当高的要求。本论文从介绍工业计算机技术的发展开始,阐述了MicroTCA架构、AMC构架的高性能以及先进性,确立了多核MAC协议处理子卡研究的背景。明确了多核MAC协议处理板在基于MicroTCA平台的通信系统中的作用以及设计的创新点与难点。然后,本论文从多核MAC子卡的具体需求分析入手,针对以往MAC协议处理板设计方案中存在的问题,提出了改进的总体架构,接着完成对板卡关键芯片的选型以及高速接口协议的选择,从而给出了基于MicroTCA平台的多核MAC协议处理子卡的总体设计方案。接着,根据总体方案设计完成了多核MAC协议处理子卡各功能模块设计,包括FPGA设计,POWERPC设计,CPLD设计,万兆以太网转换芯片设计,时钟分配系统设计,电源系统以及上电顺序系统设计。本论文还对多核MAC协议处理子卡的单线速率达3.125Gbps的XAUI总线设计中的关键问题—信号完整性问题做了分析,并给出了设计解决方案,同时通过实际板卡测试验证了信号完整性设计效果。最后,对多核MAC协议处理子卡的设计做出总结和展望。本文实现了符合基于MicroTCA平台的通信系统要求的MAC协议处理子卡,成功承载1Gbps以上的MAC协议处理算法,并且通过一块万兆以太网扩展子板完成对万兆以太网模块的支持。其中使用的开放机箱架构MicroTCA、高速率MAC协议处理、3.125Gbps串行传输技术、万兆以太网传输等都代表了当前或未来先进的通信系统硬件设计的发展方向。
【图文】：

系统架构

1 #2 II #3 #4 II #5 II #6 II #7 II #8 || #9 ||#10[|#1 1 #12图1-1: MicroTCA系统架构图如图1-1，MicroTCA系统包括以下几个部分：12块AMC模块、1-2个MCH、提供相互互连的背板以及散热、电源等模块。MicroTCA系统对AMC.0的所有4种规格的板卡都提供支持。2.AMC模块AMC是MicroTCA的基本功能模块，AMC在结构、性能、功能、扩展能力和互连方式等方面与CPCI系统的PMC模块(PCI Mezzanine Card)相比都有很大的优势。它与ATCA架构中的AMC在机械结构、接口类型、电气特性和连接方式等方面都完全兼容，因此ATCA中的AMC可以直接在MicroTCA机箱中进行应用，AMC模块的设计扩展可以对系统的功能进行非常方便的扩展，例如实现数据处理、数据通信、数据存储以及数据I/O功能。3. MCH载板MCH载板是MicroTCA的系统控制、数据交换和管理模块，曾被称为虚拟载卡管理器，包括IPMI、电源输送以及模块互连等等。MicroTCA系统的MCH可以实现相当于ATCA机箱中的AMC载卡+交换模块+机箱管理模块的功能。每个MCH可以同时对12个AMC模块提供数据交换以及管理功能

结构示意图,机箱,高速串行链路,模块

S^nals Signals S^nals图1-2: MCH结构示意图如图1-2所示，在MCH中，采用MCMC载板管理控制器来对各个AMC模块进行监控和管理，，同时利用IPMI连接每个AMC模块，AMC模块之间通过Switch Fabric进行连接，连接的具体数据通道是由MCH中心的Switch以及连接到各个AMC模块的高速串行链路组成。4. MicroTCA机箱类型MicroTCA机箱类型根据机箱的高度和宽度、MCH模块的容量、AMC模块的尺寸来定义，在图1-3中列出了业界当前应用较多的机箱结构。Two Tier Two Tier Fixed,Single Shelf Mixed Width Single Width Shelf Back-to-Back Shelf Cube Shelf Pico Shelffcf?
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP393.04

【参考文献】