[发明专利]基于Crossbar架构的AFDX交换机数据总线结构及数据交换方法

说明书

技术领域

本发明涉及AFDX交换机数据总线和交换机内部数据存储转发的方法，具体为基于Crossbar架构的AFDX交换机数据总线结构及数据交换方法。

背景技术

目前AFDX交换机广泛使用共享存储的交换方式来实现其数据帧的交换功能，数据总线是连接交换机端口和共享存储器的重要部分。目前基于共享存储的AFDX交换机中都只有一个共享存储器，数据总线实现了共享存储器和各个端口的连接，各个端口的数据帧均在这唯一的存储器中进行存储或转发。

一种基于Wishbone总线的AFDX交换机数据总线结构(王斌文.航空全双工以太网交换机若干关键技术研究与实现[D].西安:西安电子科技大学,2008.)采用一主多从的方式，主机控制相应的共享存储器，从机控制各个端口的输入输出缓存，实现了多个端口与共享存储器的连接通路。这种方案的主要缺陷是：在任一时刻只允许最多有一对主设备和从设备通过总线进行通信，即同一时刻只能有一个端口的数据进行存储或转发，从而限制了交换机内部数据存储转发的速率。

一种采用双端口共享存储器的AFDX交换机(中国专利CN201410268433)，通过提高数据总线的位宽，采用双端口存储器实现读写操作，提高了数据存储转发的速率。这种方案的主要缺陷是：数据总线位宽太大(512位)，数据总线控制信号太多，易造成后续布局布线的困难，同是也会影响系统整体可靠性。

一种具有时空分离特性的AFDX网络交换机(中国专利CN201310037668)提出对交换机的每一个输出端口配一块内存和一个子调度器，将每个输出端口的数据帧由对应于该输出端口的子调度器进行调度，然后存放于对应于该输出端口的内存中，最后从该输出端口发送出去。这种方案的主要缺陷是：硬件消耗较大，对于N个端口的交换机需要N块内存和2N个DMA；对传统调度算法进行了改动，因此数据总线结构较为复杂。

在现有的技术中，基于共享存储的设计方案结构方便，硬件成本低且硬件利用率高，所以其技术发展十分成熟。基于共享存储方式的AFDX交换机中，在不改变调度算法的情况下，通过改进数据总线结构来提高交换机数据存储转发速率的方案，考虑到成本和工程实用性，还是有一定缺陷，且可实施性较差。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种针对共享存储方式的AFDX交换机，提高了交换机内部数据存储转发的速率，减小了数据帧通过交换机的时间，保证了AFDX交换机的服务质量的基于Crossbar架构的AFDX交换机数据总线结构及数据交换方法。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明基于Crossbar架构的AFDX交换机数据总线结构，包括与交换机端口数量相等的总线从机模块，一个总线互连模块，数量相等的总线主机模块，存储器控制模块和存储器模块，以及一个调度选择模块；总线主机模块的数量不多于总线从机模块的数量；

每个总线主机模块通过总线互连模块采用Crossbar架构与每个总线从机模块互连；每个总线主机模块分别通过存储器控制模块连接对应的存储器模块；每个总线主机模块均通过调度选择模块连接交换机调度结果FIFO。

优选的，调度选择模块包括依次连接在交换机调度结果FIFO上的地址判别模块和指令发送模块；

地址判别模块用于从交换机调度结果FIFO中提取调度结果，得到要进行交换的端口和存储器模块；

指令发送模块用于将得到的调度结果发送给对应端口的总线主机模块3。

优选的，交换机端口数为16个，总线主机模块的数量为4个；存储器模块内的存储空间分为若干个页，每页容量为2KBytes。

本发明基于Crossbar架构的AFDX交换机数据总线结构的数据交换方法，采用本发明所述的数据总线结构，包括如下步骤，

步骤一，调度选择模块根据交换机调度结果FIFO中的信息，读取AFDX交换机产生的调度结果，判断出要进行交换的端口和存储器模块，并将包含存储器地址信号的调度结果发送给对应该存储器模块的总线主机模块；

步骤二，完成发送后调度选择模块判断下一个调度结果；若当前要进行交换的端口号和存储器模块与前一次的调度结果均不相同，且相应的主机模块空闲，则直接将当前调度结果发送给相应的总线主机模块，然后重复步骤二；否则，等待相应的总线主机模块空闲，再对调度结果进行发送处理；