基于緩沖交叉開(kāi)關(guān)的交換機(jī)調(diào)度算法的ASIC實(shí)現(xiàn).pdf

1、近年來(lái)，由于互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)上的用戶數(shù)量也呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬和服務(wù)質(zhì)量(QoS)的要求也越來(lái)越高。因此，處于網(wǎng)絡(luò)中間層的交換機(jī)和路由器已成為提高網(wǎng)絡(luò)速度的瓶頸，開(kāi)發(fā)出高性能的交換機(jī)和路由器對(duì)于構(gòu)建高速、大容量的骨干網(wǎng)具有重要的意義。
　　當(dāng)前，大容量、高性能的交換機(jī)和路由器所采用的核心交換技術(shù)可以總結(jié)為交換結(jié)構(gòu)和調(diào)度算法兩個(gè)方面。首先，本文深入研究了緩沖交叉開(kāi)關(guān)交換結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與吞吐率和時(shí)延性能。由于其采用分布式調(diào)

2、度策略，降低了調(diào)度算法的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，僅需簡(jiǎn)單的調(diào)度算法就可以達(dá)到較高的性能。加權(quán)輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法(WRR)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，可以采用組合邏輯電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，仲裁時(shí)間短，并且具有一定的QoS功能，可以滿足緩沖交叉開(kāi)關(guān)交換結(jié)構(gòu)對(duì)調(diào)度算法的需求。因此本文中緩沖交叉開(kāi)關(guān)交換機(jī)的輸入仲裁和輸出仲裁均采用WRR調(diào)度算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。其次，本文采用ASIC設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了緩沖交叉開(kāi)關(guān)交換機(jī)系統(tǒng)的各功能模塊，其中采用鏈表方式實(shí)現(xiàn)了信元存儲(chǔ)模塊的設(shè)計(jì)，提高了存儲(chǔ)器的利用率

3、。并且實(shí)現(xiàn)了輸入仲裁器和輸出仲裁器中WRR調(diào)度算法的設(shè)計(jì)。最后，經(jīng)過(guò)模塊級(jí)和芯片級(jí)功能驗(yàn)證，證明了芯片實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能。在驗(yàn)證平臺(tái)中，通過(guò)SystemVerilog語(yǔ)言的直接編程接口(DPI)，驗(yàn)證了WRR調(diào)度算法行為的正確性。通過(guò)DC綜合，證明了設(shè)計(jì)中不存在任何時(shí)序違例。通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果的分析，表明緩沖交叉開(kāi)關(guān)交換機(jī)系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的性能。
　　本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)16×16規(guī)模的緩沖交叉開(kāi)關(guān)交換機(jī)系統(tǒng)，每個(gè)交叉點(diǎn)緩存容量為16個(gè)信元