光突发交换网络核心节点控制卡硬件设计

论文摘要

光突发交换(Optical Burst Switch–OBS)是一种可以有效的利用DWDM带宽资源的新型光网络结构。由于OBS的交换出现时间还不长,相关的研究,特别是系统实现的研究还不是非常成熟。本文着眼于OBS核心节点控制卡的硬件系统设计。在目前国内外的研究中,普遍的倾向是使用FPGA(现场可编程逻辑门阵列)来设计OBS核心控制卡。FPGA以其快速,灵活,容量大等优势受到研究者的喜爱,非常适合于包括OBS核心控制在内的数字系统原型的开发。本文提出应用可编程片上系统设计OBS核心控制卡的方案。首先,对OBS核心控制卡进行了功能分析与模块划分;然后,根据模块划分设计了基于FPGA的核心控制卡电路板,实现一个具有调度、线路收发、存储、网络管理等功能的基本核心控制卡系统。最后,通过在FPGA内实现一个片上系统,完成了核心控制卡的核心调度功能。本文的工作包括以下部分:1.对核心节点进行了功能划分,之后对OBS核心控制卡的实现方式及现行的FPGA技术发展进行调研,最后提出了一个适合于FPGA实现的基本系统框架。2.根据提出的框架上设计了具体的电路系统,这是一个包含FPGA器件,ARM小系统及其它外围电路的系统。可以完成线路的收发,存储,处理,与网管代理的通信,控制核心光开关等功能。具体的工作包括原理图设计,电路图设计,组装和仿真调试等。对系统的功能实现和信号完整性做了较深入的探讨和分析。3.设计了FPGA的内部逻辑结构,包括:对可编程的片上系统进行规划与定义,包括片上外设的选择与地址分配等;设计自定义的片上模块/外设,包括与ARM通信用的FIFO等;最后对片上系统的设计提出了改进方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 动机与背景—光突发交换（OBS）网络
• 1.2 OBS 核心控制卡的研究现状
• 1.3 本文的研究内容
• 第二章 OBS 核心控制卡系统分析与设计
• 2.1 核心调度模块
• 2.2 网络管理代理模块
• 2.3 线路接口模块
• 2.4 辅助模块
• 2.5 本章小结
• 第三章 OBS 核心控制卡电路系统设计
• 3.1 原理图设计
• 3.2 电路的布局布线与仿真
• 3.3 本章小结
• 第四章 OBS 核心控制卡片上系统的设计
• 4.1 基于FPGA 的SOPC 系统设计概述
• 4.2 SOPC 整体结构设计
• 4.3 SOPC 各子模块的设计
• 4.4 SOPC 系统调试与验证
• 4.5 OBS 核心控制卡FPGA 内部设计的改进
• 4.6 本章小结
• 第五章 总结
• 参考文献
• 附录1 原理图与电路图
• 附录2 CAPTURE CIS 使用指南
• 附录3 PADS LAYOUT 指南
• 附录4 HYPERLYNX 指南
• 附录5 QUARTUS II 指南
• 附录6 MODELSIM 指南
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文