论文摘要
随着网络高速发展，网络业务种类的增加，网络数据带宽的要求也飞速增长。与此同时，为了满足高数据带宽的网络要求，以铜线为介质的接入网络逐渐被光纤网络代替。在PON（Passive Optical Network无源光网络）接入网络中，处于接入网和传送网之间的OLT（Optical Line Ternimal光线路终端）芯片是整个PON接入网络的指挥中心，负责上行和下行业务的汇聚和分发，以及相关带宽的分配等。其中OLT芯片能够支持的业务流量是其网络性能的主要部分，为了满足多PON网络高数据带宽的要求，其内部的缓存管理至关重要。本文提出了一种基于队列链表和空闲地址管理的多PON网络缓存管理方式，该设计在满足多端口随机数据队列管理的同时，实现高带宽性能、高缓存利用率、低成本、通用性好的特点。本文首先介绍了缓存管理在OLT芯片中的地位和要求，之后分析与缓存管理性能和功能相关的技术要求，并且分析了各种技术的优缺点，最终提出基于队列链表管理、乒乓技术、Bitmap缓存地址管理、调度技术为一体的缓存管理解决方案。设计中的缓存管理满足8PON网络20Gbps以太速率的要求，其中缓存为以64字节为单位的共享缓存，缓存选用单端口SRAM类型，缓存地址管理使用Bitmap管理方式，在调度技术的基础上实现数据随机缓存队列管理。本设计在满足高数据带宽的前提下，实现了低成本的要求，同时满足上行和下行通用、主要设计模块通用的特点。在最后的章节介绍了缓存管理在OLT芯片系统中仿真和FPGA测试的方案和结论。该模块集成在OLT芯片中的数据通道部分，提供8个PON网络业务上行10Gbps和下行20Gbps以太数据流量的缓存管理功能。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 课题背景1.2 GPON OLT 系统1.3 数据缓存管理设计的关键技术点1.4 论文结构及安排第二章 缓存管理的相关技术2.1 各种随机存储器的特性2.1.1 芯片的内存和外存2.1.2 单口和双口静态数据存储器2.2 缓存地址管理2.2.1 缓存地址顺序管理2.2.2 缓存地址 FIFO 随机管理2.2.3 缓存地址链表随机管理2.3 网络中的调度算法2.3.1 调度指标2.3.2 严格优先级调度 Strict Priority （SP）2.3.3 传统的严格优先级调度实现2.3.4 轮询调度 Round Robin （RR）2.3.5 传统的轮询调度实现2.3.6 多级调度2.4 随机数据队列管理2.5 多队列数据缓存分配方式2.6 本章小结第三章 多队列随机数据缓存管理的整体设计3.1 缓存管理相关技术的改进3.1.1 乒乓缓存技术3.1.2 改进的 Bitmap 缓存地址随机管理3.1.3 改进的调度算法3.1.4 随机数据报文的两级链表管理3.1.5 队列共享和私有结合的缓存分配方式3.2 关键系统指标分析3.2.1 数据缓存的性能指标3.2.2 地址申请和释放的性能指标3.2.3 调度性能指标3.2.4 缓存类型、利用率、大小3.2.5 缓存管理通用性3.3 缓存管理整体架构3.4 本章小结第四章 模块的设计与实现4.1 数据入队控制模块4.1.1 入口 FIFO 设计4.1.2 入队调度器设计4.2 缓存控制模块 MCTRL4.2.1 入队缓存操作4.2.2 出队缓存操作4.2.3 乒乓缓存4.3 队列管理模块 QCTRL4.3.1 队列控制模块的入队设计4.3.2 队列控制模块的出队设计4.3.3 反压信号的产生4.4 地址管理模块 AM4.4.0 队列控制模块的入队设计4.4.1 Bitmap 结构4.4.2 地址申请释放流程4.4.3 地址申请释放控制逻辑4.4.4 Bitmap 保护逻辑4.5 数据出队控制模块4.5.1 出队调度4.5.2 数据解析4.6 本章小结第五章 仿真和测试5.1 芯片验证5.1.1 芯片验证分类5.1.2 单元验证平台5.1.3 本系统单元验证平台的搭建5.1.4 集成验证环境的搭建5.1.5 性能验证5.2 FPGA 测试5.2.1 FPGA 测试相关工具以及综合结果5.2.2 FPGA 性能测试5.3 本章小结第六章 总结与展望6.1 全文总结6.2 发展展望致谢参考文献攻硕期间取得的研究成果
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