论文摘要
本文分析了高端交换式路由的发展现状和基本实现方法,根据高端交换式路由器的设计要求、结构功能,制定了交换路由系统的设计规格,确定了基于NP架构的路由系统原理架构,选用大容量的FPGA Spartan3芯片进行系统各个逻辑功能模块的初步划分,按照ASIC的设计流程对系统的逻辑控制进行设计评估,需求分析,详细设计代码编程,功能仿真,静态时序仿真,约束和配置,系统功能验证,placement和layout,最终完成了系统的设计。在系统逻辑的实现上,本文采用自上而下的设计方法,采用系统逻辑模块化设计的思想将系统逻辑划分为15个逻辑模块,归纳和总结了每个逻辑模块设计的原理,在逻辑设计实现过程中发挥了创新性和灵活性,主要体现在采用FPGA扩展CPU寄存器的思路来实现对多个系统器件的控制,如对5个风扇速度的控制,利用风扇的转速输出波形的不同读取风扇的速度,并根据风扇供电的不同控制风扇转速的方法,可以做到对风扇速度的精确控制。对6个在板温度测试元件的管理,把FPGA内部寄存器作为CPU的一个存储单元,可以通过类似于flash的操作,对寄存器进行读写,定制了特殊的寄存器空间,用于存放当前的温度,在系统应用软件上可以显示系统的内部温度,并设置4级温度的告警范围,使系统运行更加安全可靠。在对DPM的控制逻辑中,精确电源管理的思想被引入到了高端交换路由系统中,使得高端路由对板上电源输出可以实时的控制和管理,可以实时的显示每个电源转换模块的输出电压,输出电流,可以自动检测输出电压的文波,并可以在线调整和改变输出的电压和文波,同时可以设定输出电压和电流的限制范围,若超出范围可以告警提示和自动的关闭系统进行保护。系统中的双电源备份供电是电源电路部分和对应的系统逻辑的创新之处,它的实现是用FPGA逻辑检测结果来区分和显示电源的供电情况,使系统对电源供电状态一目了然,并使得系统能够满足稳定的供电,做到既可以两个电源模块同时供电,又可以单独供电,减少系统因电源故障带来的损失和风险。本文全面的使用业界FPGA设计原则,分别从面积与速度折衷原则,硬件原则,系统原则,同步原则,来设计逻辑代码,同时采用大规模集成电路IP核复用的原则,特别的体现在DMP,SFP,XFP等逻辑模块对IIC扩展逻辑的复用上,定制这些模块共用的功能模块,缩短了整个系统的研发周期,减少了测试验证的开销。本文在进行系统约束设计时,从系统整体性能出发,考虑了时序约束,布局约束,分组约束,布线约束,综合约束,初始约束等,极大的提高了系统逻辑的性能。本文在设计验证采用了逻辑时序仿真和静态时序验证的方法,分析速度比较快,而且它会对所有可能的路径都进行检查,特别是关键路径的进行的仿真和验证,更能使系统逻辑稳定和健壮。在设计调整过程中采用了形式验证的方法,通过比较两个设计在逻辑功能是否等同的方法来验证电路的功能,不仅提高了验证的速度,可以在相当大的程度上缩短数字设计的周期,全面地检查了电路的功能。最后在设计完成的系统上,采用了与实际应用环境一致的系统测试验证的方法,确保了系统逻辑设计的正确性和可加工制造性。
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