Crossbar交换单元输出调度和查找表的设计与实现

发布时间：2020-11-11 10:14

　　 交换机的交换结构和方法的发展上存在过三个阶段,计算机内存交换、共享总线式交换、crossbar交换结构,随着交换业务量的不断增长,共享总线式交换的交换容量不足成为了瓶颈,必须使用crossbar交换结构来满足日益增加的业务对交换容量的要求。本文结合实验室承担的项目“基于crossbar交换结构的专用交换机设计与实现”,首先,给出了crossbar交换的基本结构,对输入排队结构、输出排队结构、带节点缓存的输入排队结构进行了对比,还讨论了项目中实现crossbar交换结构的一些细节问题;其次,给出了在给定了交换网络结构的前提下所使用的输出调度算法以及其实现。第三,给出了crossbar交换结构中查找表的设计与实现,提出了基于多块RAM的hash流水查找算法,在给定冲突概率和保证查找速度的前提下,减少了RAM资源的使用,还提出了解决多个查找表并存,查找表自学习与查找过程冲突的解决方法问题;最后,用Modelsim仿真软件验证了该交换结构设计的正确性,并通过板级测试验证了该交换单元实现的正确性。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TN915.05
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 交换网络结构概述
    1.3 查找表技术发展概况
    1.4 本文工作与安排
第二章 Crossbar交换单元总体设计
    2.1 需求分析
        2.1.1 功能需求
        2.1.2 技术指标
    2.2 Crossbar交换单元设计概述
        2.2.1 Crossbar交换单元框架
        2.2.2 Crossbar交换单元数据处理流程
    2.3 子模块功能介绍
        2.3.1 MAC IP核模块
        2.3.2 捕获模块
        2.3.3 插入模块
        2.3.4 分组处理模块
        2.3.5 查找表模块
        2.3.6 队列管理模块
        2.3.7 输出调度模块
第三章 交换网络结构和输出调度的设计及实现
    3.1 交换网络实现方案
        3.1.1 输出排队结构（OQ）
        3.1.2 输入排队结构（IQ）
        3.1.3 带节点缓存的输入排队结构
        3.1.4 交换网络的实现细节
    3.2 输出调度算法
        3.2.1 IQ结构的输出调度算法简述
        3.2.2 实际使用的输出调度算法
    3.3 输出调度模块的实现
第四章 查找表模块的设计与实现
    4.1 二层查找
        4.1.1 hash查找基本原理
        4.1.2 hash查找的基本实现方案
        4.1.3 多块RAM的hash流水查找的实现方案
        4.1.4 容量不等的多块RAM的hash流水查找实现方案
        4.1.5 对hash流水查找结构的理论分析
        4.1.6 hash流水查找算法效率与代价分析
        4.1.7 流水结构和并行结构的等效性
        4.1.8 hash流水查找的通用设计流程
    4.2 地址自学习
    4.3 查找表模块的实现
        4.3.1 查找表模块的读写冲突
        4.3.2 分布式查表结构
        4.3.3 关键模块设计
        4.3.4 查找表模块的功能仿真验证
第五章 Crossbar交换单元的系统测试
    5.1 系统测试环境
    5.2 测试过程及结果
        5.2.1 单路双端口交换测试
        5.2.2 双路4端口交换测试
    5.3 遇到问题的分析及解决
        5.3.1 跨时钟域问题
        5.3.2 时序问题
第六章 总结和展望
    6.1 工作总结
    6.2 研究展望
参考文献
致谢
作者简介

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本文编号：2879064