基于NP的高端路由器线卡的硬件设计

发布时间：2017-05-16 00:06

  本文关键词：基于NP的高端路由器线卡的硬件设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着Internet规模的日益扩大,IP数据带宽快速增长,各种网络应用的数据流迅猛增长,远程教育,远程医疗,视频会议,可视电话等新业务的不断涌现,业务越来越多样化,于是对于网络的服务质量和传输带宽有了更高的要求。高端路由器作为核心网的主要传输转发设备,担当着非常重要的角色,广泛应用于政府部门、国家电网、教育网、三大运营商等。高端路由器也顺应着现代网络的需求不断改进优化,已经具有高可靠性、高扩展性和高性能的关键属性,能够有效拓宽Internet骨干网原始带宽,消除网络节点的带宽瓶颈,解决Internet骨干网日益面临的流量压力,并且提供各种业务的接口。高端路由器的性能直接影响到整个网络的稳定性和服务质量,所以对高端路由器的研究和改进也会是未来网络设备研究的重点。这是本文的研究背景和意义。本文结合高端路由器项目,重点研究了基于网络处理器的高端路由器线卡的硬件设计。在深入研究网络处理器的基础上提出了数据处理平面与控制管理平面分离的线卡设计思路。并结合线卡+子卡的模块化设计思想,即同一块线卡可以接具有不同接口类型的子卡,实现线卡和子卡之间的灵活配置和无缝连接。然后详细研究了线卡的数据处理单元,控制单元等组成单元的原理设计以及芯片的选型。然后研究了线卡的PCB布局布线。结合传输线理论,信号完整性和实际布线的经验,深入分析线卡上非常关键的高速信号线的布线规则和原理。最后用实际的线卡进行测试,通过分析测试结果,验证设计的可行性和实用性。说明了基于网络处理器的线卡设计方案,不仅具有高速的网络报文处理性能,而且具有易编程、灵活配置的特点,几乎能实现全部的数据链路层和网络层功能,满足了高端路由器的多业务接口和大容量传输转发的要求。具有很高的实用性和参考价值。
【关键词】：硬件设计 线卡 高端路由器 高速信号线 网络处理器
【学位授予单位】：武汉邮电科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP393.05
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 研究背景及其意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-11
• 1.3 本文研究内容11
• 1.4 本文的组织结构11-13
• 第2章 高端路由器的硬件设计13-21
• 2.1 路由器体系的发展13
• 2.2 高端路由器的概述13-16
• 2.2.1 高端路由器的功能13-14
• 2.2.2 高端路由器的性能指标14-15
• 2.2.3 高端路由器的应用场景15-16
• 2.3 高端路由器的硬件架构16-20
• 2.3.1 主控交换单元17
• 2.3.2 业务处理单元17
• 2.3.3 接口处理单元17-18
• 2.3.4 机架管理单元18-19
• 2.3.5 电源模块单元19
• 2.3.6 风扇模块单元19-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第3章 基于NP的线卡的硬件设计21-51
• 3.1 基于NP的高端路由器线卡的硬件架构21-22
• 3.2 数据处理单元22-37
• 3.2.1 网络处理器22-26
• 3.2.2 数据处理单元的架构26
• 3.2.3 子卡与线卡数据通道26-28
• 3.2.4 NP与PHY之间的数据通道28-29
• 3.2.5 PHY与背板的数据通道29-31
• 3.2.6 NP与存储器31-37
• 3.3 控制单元37-41
• 3.3.1 主要功能37-38
• 3.3.2 LCU的架构38
• 3.3.3 PCIe接口38-39
• 3.3.4 SGMII接口39
• 3.3.5 增强型扩展总线接口39-40
• 3.3.6 SPI接口40
• 3.3.7 UART接口40-41
• 3.3.8 SDRAM接口41
• 3.4 机架管理单元41-45
• 3.4.1 CMU功能41
• 3.4.2 CMU硬件架构41-42
• 3.4.3 CMU模块设计42-45
• 3.5 电源控制单元45-47
• 3.6 时钟控制单元47-50
• 3.6.1 控制单元的时钟模块48-49
• 3.6.2 NP单元的时钟模块49-50
• 3.6.3 以太网时钟同步单元50
• 3.7 FPGA逻辑单元50
• 3.8 本章小节50-51
• 第4章 电路板设计51-61
• 4.1 PCB的叠层结构51-52
• 4.2 PCB布局52-53
• 4.3 高速信号线布线53-60
• 4.3.1 传输线理论54-57
• 4.3.2 信号完整性分析及布线57-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第5章 测试分析61-67
• 5.1 物理特性测试61-63
• 5.1.1 电压测试61-62
• 5.1.2 时钟测试62-63
• 5.2 系统性能测试63-66
• 5.3 本章小结66-67
• 第6章 总结与展望67-68
• 参考文献68-70
• 致谢70-71
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文71-72
• 附录2 主要英文缩写语对照表72

【参考文献】

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本文编号：369172