[发明专利]FPGA片间互连的Crossbar交换单元设计方法

说明书

本发明公开了一种FPGA片间互连的Crossbar交换单元设计方法，主要解决现有专用大容量Crossbar交换单元受PFGA芯片资源限制的问题。其实现方案是：确定数据帧要去往的交叉节点位置；再根据交叉节点位置搬移数据帧：若交叉节点位于本芯片，直接将数据帧搬移至本芯片的交叉节点，若交叉节点位于另一个芯片，先将其送至内帧成帧模块添加必要帧信息，再通过Aurora协议的高速串行收发器GTX传输至另一个芯片的内帧拆帧模块；内帧拆帧模块解析帧信息后将数据帧搬移至另一个芯片中的交叉节点。本发明能支持FPGA片间互连，减小芯片资源对交换容量的限制，降低单片FPGA资源的占用比例，可用于专用大容量交换机。

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及一种Crossbar交换单元的设计方法，可用于专用大容量交换机。

背景技术

现有的单级交换网络结构主要有共享缓存交换结构和Crossbar交换结构。共享缓存交换结构中所有待转发的数据分组都用一个统一的缓存来暂存，都通过同一条读写总线传输，简化了交换结构的内部逻辑设计，但是也限制了整个交换单元的吞吐量。Crossbar交换结构可以实现多套总线同时传输，大大提升了交换容量。但是随着输入、输出端口数的增加，交叉节点数量和虚拟输出队列数量的增加，对FPGA资源的需求也提出了更高的需求。

中国人民解放军理工大学在申请的专利文献“一种交叉点小缓存的高性能Crossbar调度方法”(申请号200910233916.0，申请公开号CN 101695052 A，公开日为2010.04.14) 中提出了一种交叉点小缓存的高性能Crossbar调度方法，其包括排队技术和Crossbar调度算法，此系统通过在交叉点设立较小容量的缓存，使分组在输入端和Crossbar交叉点两处存储，解开了输入与输出调度匹配的耦合，具有高速、多端口、大容量的优点。但是此系统仍然存在一定的缺陷，其一，此方法只适用于交叉点数量较少的情况，当交叉点数量增多时，对缓存的需求大大提高；其二，此方法采用基于最长队列预测的轮转型调度算法，每次都优先调度队列最长的队列，当队列具有优先级时，不能支持队列的优先级调度。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种FPGA片间互连的Crossbar交换单元设计方法，以将交叉点网络分割为两部分设置在两个芯片上，降低单片FPGA资源的占用比例，减小芯片资源对交换容量的限制，实现专用大容量交换机。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下：

(1)确定数据帧要去往的交叉节点位置：

(1a)根据公平轮询调度算法轮询4个输出端口，选择状态指示为1的输出端口；

(1b)根据绝对优先级调度算法轮询所选输出端口下包含的8个优先级队列，从中选择一个非空队列；

(1c)判断非空队列对应的交叉节点缓存是否空闲：若空闲，则出队调度成功，并将调度信息写入对应优先级的出队调度信息FIFO中；否则，等待直到该节点空闲；

(1d)根据绝对优先级调度算法轮询8个优先级的出队调度信息FIFO，从中选择一个非空出队调度信息FIFO，对其进行读取并解析，获得目的端口号；

(1e)根据目的端口号，确定数据帧要去往的交叉节点的位置：

若目的端口号为1、2中的任意一个，则数据帧要去往的交叉节点在第一个FPGA中；

若目的端口号为3、4中的任意一个，则数据帧要去往的交叉节点在第二个FPGA中；

(2)获取要添加的6个帧信息参数：单/多播标志位、优先级、帧长、交叉节点比特码表、总线比特码表参数、输出端口比特码表；

(3)对数据帧添加获取的6个帧信息参数：