十接口线速千兆以太网线路接口卡的设计与实现

论文摘要

本文详细介绍了十接口线速千兆以太网线路接口卡的设计与实现。十接口千兆以太网线路接口卡是T比特路由器的多种网络接口之一,实现路由器与千兆以太网互连的功能。在分析千兆以太网线路接口的设计难点和千兆以太网协议的基础上,根据十接口千兆以太网线路接口卡设计的功能需求和性能需求,对线路接口卡进行了子模块划分与芯片选择,实现了各个功能模块的具体功能,并给出了系统调试方案和测试结果。 本文按照十接口千兆以太网线路接口卡的设计过程,对子模块划分、器件选型、子模块实现与线路接口卡调试进行了研究,主要研究内容如下: 第一部分:分析了十接口千兆以太网线路接口卡的研究现状及研究的难点,介绍了千兆以太网线路接口卡在T比特路由器中的外部接口和千兆线路接口卡需要处理的MAC帧封装格式。 第二部分:根据十接口千兆以太网线路接口卡设计的功能需求和性能需求,按照数据处理流程划分功能模块,选用PM3388作为链路层处理芯片和两片高性能FPGA作为链路层处理芯片完成了系统设计,并给出了具体实现方案。对两片FPGA控制功能的实现做了重点阐述,对实现难点做了深入的分析。 第三部分:作为线路接口卡设计与实现的重要组成部分,设计了合理的调试方案。按照模块化和循序渐进的原则,成功完成了线路接口卡的调试,并给出了测试结果。 第四部分:提出了一种两级实现结构,该结构实现了帧重组加速功能,具有良好的加速性能;研究了一种具有良好时延性能的多级调度算法MURR,实现了多端口数据在高速条件下的合路调度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题概述
• 1.3 论文组织
• 第二章 十接口千兆以太网线路接口卡与千兆以太网协议
• 2.1 十接口千兆以太网线路接口卡
• 2.1.1 十接口千兆以太网线路接口卡研究现状及实现难点
• 2.1.2 十接口千兆以太网线路接口卡在T比特路由器中的位置
• 2.1.3 十接口千兆以太网线路接口卡功能
• 2.1.4 十接口千兆以太网线路接口卡的接口设计
• 2.2 千兆以太网协议
• 2.2.1 千兆以太网基本规范
• 2.2.2 千兆以太网协议的体系结构
• 2.2.3 千兆以太网的MAC帧格式
• 2.3 本章小结
• 第三章 十接口千兆以太网线路接口卡的设计与实现
• 3.1 十接口千兆以太网线路接口卡设计需求
• 3.2 子模块划分
• 3.3.1 MAC层处理芯片PM3388
• 3.3.2 Stratix GX系列FPGA芯片
• 3.3.3 其它芯片
• 3.3 各子模块设计与实现
• 3.3.1 光电转换子模块
• 3.3.2 MAC层处理子模块
• 3.3.3 输入处理FPGA子模块
• 3.3.4 输出处理FPGA子模块
• 3.3.5 输入IP地址表（CAM）子模块
• 3.3.6 输出IP地址表（CAM+SRAM）子模块
• 3.3.7 协议报缓存（FIFO）子模块
• 3.4 板级处理机软件设计
• 3.5 本章小节
• 第四章 十接口千兆以太网线路接口卡调试设计
• 4.1 子模块调试设计
• 4.1.1 FPGA的调试设计
• 4.1.2 板级处理机的调试设计
• 4.1.3 PM3388的调试设计
• 4.1.4 查表模块的调试设计
• 4.1.5 协议FIFO的调试设计
• 4.2 线路接口卡调试设计
• 4.3 线路接口卡性能测试结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 帧重组加速实现结构与MURR调度算法
• 5.1 帧重组加速实现结构
• 5.1.1 帧重组加速问题的提出
• 5.1.2 帧重组加速的实现结构
• 5.1.3 帧重组加速结构的实现
• 5.1.4 帧重组加速结构的性能分析
• 5.2 多级轮询调度算法MURR
• 5.2.1 高速多端口合路调度问题的提出
• 5.2.2 高速多端口合路调度算法设计
• 5.2.3 MURR算法与MORR算法时延性能比较
• 5.2.4 MURR算法的实现
• 5.3 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 结论
• 6.2 本文主要创新点
• 6.3 进一步的研究工作
• 致谢
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间撰写的论文