[发明专利]一种基于FPGA的ATM信元交换装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及FPGA技术及ATM通信技术领域，具体来说是一种基于FPGA实现的ATM信元交换方法及装置。

背景技术

异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode，ATM)是一种包含传输、组网和交换等技术内容的高速通信技术。ATM通信以固定长度信元(Cell)作为复用与交换的基本单位，可以通过信元头部虚拟信道标识(VirtualChannel Identifier，VCI)信息进行快速交换，延时很小。ATM信元长53字节，其中5字节用作信元头，48字节用作信息字段。通过信元头中的虚拟信道标识来区分信元，ATM网络利用这些标识通过高速交换机来中继数据。

以ATM串行组网的系统如图1所示，系统由多个节点(110)通过ATM网络级联方式构成，每个节点分配一个固定的VCI作为数据标识。其中，节点(110)N接收来自节点N-1(110)的数据，将数据转发给节点(110)N+1，并发送自身数据给节点(110)N+1，数据流为单方向传输。

通常，节点(110)采用具有分段/重组(Segmentation And Reassembly，SAR)功能的处理器(120)实现节点数据信元发送，并通过UTOPIA接口连接物理层芯片(140)。数据在网络传输过程中，必须按照ATM协议层次进行处理。其中，处理器(120)完成包括ATM层、AAL层、用户层的多层协议。随着网络数据带宽的增加，要求处理器(120)性能不断增加，往往导致节点(110)数据传输带宽受限，并且节点(110)的功耗与尺寸也随之增加，不利于系统进一步低功耗与小型化要求。

发明内容

为了克服采用处理器与物理层芯片直接连接带来的节点数据带宽低、功耗与尺寸过大的问题和缺陷，本发明提供了一种基于FPGA的ATM信元交换实现方法及装置。

一种基于FPGA的ATM信元交换装置，其特征在于包括处理器和物理层芯片以及一端与处理器相连，另一端与物理层芯片相连的FPGA。

所述的FPGA包括：

UTOPIA主端控制器：UTOPIA是采用异步传输模式(ATM)的通用测试及操作物理层接口(Universal Test and Operations PHY Interface forATM)，而UTOPIA是其英文缩写。

UTOPIA主端控制器通过UTOPIA接口用于完成物理层芯片与FPGA内部的上行内存控制器、转发内存控制器、下行内存控制器、VCI判断模块的信号接口。

VCI判断模块：用于对来自物理层芯片的ATM信元进行过滤操作，并将结果通知UTOPIA从端控制器。

所述过滤操作为：

1)通过FPGA芯片输入信号设置或者FPGA预先设置VCI判断模块的VCI值。

2)如果ATM信元的信元头所包含的VCI字段与设置的VCI判断模块的VCI值一致，则将该ATM信元保留在上行内存控制器的RAM单元中，并将结果通知UTOPIA从端控制器。

如果ATM信元的信元头所包含的VCI字段与设置的VCI判断模块的VCI值不一致，则清除该ATM信元。

UTOPIA从端控制器：用于完成处理器与FPGA内部的上行内存控制器、下行内存控制器信号接口。

转发内存控制器：用于对来自物理层芯片的ATM信元进行缓存并将来自物理层芯片的ATM信元转发到物理层芯片。

包括：

一接口子控制器，用于控制转发内存控制器的RAM单元中的ATM信元读取与写入操作；

若干RAM单元，用于转发内存控制器中ATM信元的缓存。

上行内存控制器：用于上行链路中来自物理层芯片的经VCI判断模块判断后保留的ATM信元的缓存和发送。

包括：

一接口子控制器，用于控制上行内存控制器的RAM单元中的ATM信元读取与写入操作；

若干RAM单元，用于上行内存控制器中ATM信元的缓存。

下行内存控制器：用于下行链路中来自处理器的ATM信元的缓存和发送。

包括：

一接口子控制器，用于控制下行内存控制器的RAM单元中的ATM信元读取与写入操作；

若干RAM单元，用于下行内存控制器中ATM信元的缓存。

一种基于FPGA的ATM信元交换方法，包括FPGA完成处理器和物理层芯片之间ATM信元的交换功能，其特征在于：FPGA预设ATM信元的VCI值，判断处理器和物理层芯片之间需要交换的ATM信元的传输类型，根据不同的传输类型实施如下操作：