交换机交叉开关调度算法的ASIC实现

论文摘要

信息技术是20世纪最重要的科技之一。近几十年来,国际互联网的迅速发展,其规模不断扩大,互联网用户的数量呈爆炸式上升。因此,对互联网的互联设备--交换路由器的性能要求越来越高。组建骨干网的路由器一般都要求有千兆以上的分组转发能力,而基于总线和中央处理器的路由器具有无法克服的局限性。因此,当前业界流行的骨干网路由器通常都采用分布式体系结构,使用ASIC进行高速的路由查找,通过交叉开关技术执行高速的报文交换。本文对高速交叉开关调度算法进行了详细的介绍并讨论了其硬件实现。本文第一章主要介绍了高速交换系统的结构和发展,以及国内外的研究现状。在此基础上,通过对比两种交换结构的优劣,选取了交叉开关结构的交换系统做为研究对象。本文的第二、三章对交叉开关技术的一般性问题进行了描述,介绍了基于交叉开关调度算法的原理。并在此基础上,对几种经典的调度算法在性能和复杂性上做了比较。根据仿真分析结果,得出iSLIP算法是这些算法中性能最为出色的一种,并且其在硬件上也具有易实现的优点。第四章是本文的重点。在这一章中,主要实现了一个简化了的交叉开关交换系统。其中iSLIP调度算法的硬件实现是关键部分。通过这样一个交换系统的实现,证明iSLIP算法的实际应用中的可行性。第五章是对设计部门的功能验证。通过使用较为高级的验证方法和详细完备的测试向量来证明本系统设计的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 国际互联网的发展现状
• 1.2 高速交换系统的结构及发展
• 1.3 本课题的主要工作
• 第二章 交叉开关调度算法原理
• 2.1 问题描述
• 2.2 HOL 问题
• 2.2.1 输入队列与输出队列
• 2.2.2 解决HOL 问题
• 2.3 已有的调度算法的介绍
• 2.3.1 最大化匹配
• 2.3.2 并行迭代匹配
• 2.4 本章小结
• 第三章 iSLIP 算法的研究
• 3.1 RRM 算法
• 3.1.1 算法介绍
• 3.1.2 轮循匹配算法的性能
• 3.2 SLIP 算法
• 3.2.1 SLIP 算法介绍
• 3.2.2 SLIP 算法的仿真
• 3.2.3 SLIP 算法性能分析
• 3.2.4 严格优先级SLIP 算法
• 3.3 iSLIP 算法
• 3.3.1 iSLIP 算法介绍
• 3.3.2 iSLIP 算法特性
• 3.3.3 iSLIP 算法的仿真
• 3.4 本章小结
• 第四章 交叉开关调度算法的ASIC 设计
• 4.1 交叉开关功能模块设计基础
• 4.2 交叉开关功能模块（Diamond）顶层设计
• 4.2.1 Diamond 顶层架构
• 4.2.2 Diamond 接口信号列表
• 4.3 信元接收模块（RecvMgr）设计
• 4.3.1 RecvMgr 架构
• 4.3.2 RecvMgr 子模块划分
• 4.3.3 RecvMgr 接口信号列表
• 4.3.4 RecvMgr 接口时序设计
• 4.4 iSLIP 仲裁模块（IslipArb）设计
• 4.4.1 严格优先级iSLIP 算法
• 4.4.2 IslipArb 架构
• 4.4.3 IslipArb 子模块划分
• 4.4.4 IslipArb 接口信号列表
• 4.5 信元存储模块（CellStore）设计
• 4.5.1 CellStore 功能概述
• 4.5.2 CellStore 架构
• 4.5.3 CellStore 子模块划分
• 4.5.4 CellStore 接口信号列表
• 4.6 信元重获取模块（RetrvMgr）设计
• 4.6.1 RetrvMgr 架构
• 4.6.2 RetrvMgr 子模块划分
• 4.6.3 RetrvMgr 接口信号列表
• 4.7 本章小结
• 第五章 仿真与验证
• 5.1 验证流程
• 5.2 功能验证
• 5.3 验证环境
• 5.4 模块级功能验证
• 5.4.1 IslipArb 的模块级验证
• 5.4.2 CellStore 的模块级验证
• 5.5 芯片级功能验证
• 5.6 验证结论
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录一：ISLIP 算法的C 程序
• TF的C 程序'>附录二：DOISLIP_TF的C 程序
• 附录三：链表控制模块VERILOGHDL 实现
• 个人简介
• 攻硕期间的研究成果