一种多优先级变长调度星载IP交换机交换结构的设计

针对星载IP交换机中硬件资源使用受限的情况,设计实现了一种具有8个优先级、采用指针复制和变长分组调度机制的大容量共享存储交换结构,给出了电路的具体组成、关键调度算法和工作流程.使用Xilinx V4sx55FPGA实现了完整的8×8交换结构,电路共占用了164K字节片上存储器资源和5982个4输入查找表,可以满足三模冗余设计要求.在系统工作主频为100MHz、片外采用SRAM、数据位宽为64的情况下,交换结构的峰值吞吐率可以达到1.6Gbps;片外采用133MHz DDR存储器、位宽为64时,交换结构的峰值吞吐率可以达到4.25Gbps;该交换单元进行多级扩展后,可以满足10Gbps以上的系统设计需求.

高性能星载IP交换机路由查找算法的研究与实现

由于卫星空间环境的特殊性,星载设备在设计上受到了体积、功耗、可靠性等诸多因素的限制限制,因此地面路由器中采用的路由查找算法不能简单的搬到星上路由器中。为此,提出一种将压缩二叉树算法、哈希查找相结合的适合星上的IP路由查找方法。使用Xilinx xc6vlx130t FPGA实现了该查找算法,电路共占用338K字节片上存储器资源和1 256个Slices,可以满足三模冗余设计要求。在系统工作主频为100 MHz、包长为64字节的情况下,查找电路的峰值查找速度能达到10.24 Gb/s,可以满足10 Gb/s以上的系统设计需求。

一种星载IP交换机队列管理器的设计

针对星载IP交换机中硬件存储资源使用受限的情况,提出了一种适用于共享存储交换结构、存储资源占用少的队列管理器。通过添加索引的方法,使得所有的单播队列能够共享一个指针存储区。根据位图映射,将组播指针转化为多个单播指针,即可把组播操作的数据流按照单播操作方式写到相应的逻辑队列路径,达到节约存储器资源的目的。该队列管理器通过链表数据结构的头部和尾部来控制指针索引的写入和输出。最后,在Xilinx的xc6vlx130t FPGA进行了综合实现,结果显示,该方案相比基于指针复制的队列管理器,在8端口的交换机中存储器资源的使用量要节约22%以上。

星载IP交换机中基于流的变长调度机制的设计和实现

当调度器面对数量众多的流进行队列选择时,使用传统的轮询方式依次检测队列状态会耗费大量时间。本设计在队列管理器与调度器之间的接口处使用出发队列,有效降低了调度过程中的延时。同时,为了降低硬件复杂度,节约硬件资源,本设计采用了基于DRR的变长调度机制。通过在Xilinx xc6vlx240t的FPFA上进行综合实现,电路占用了882个Slice寄存器、804个Slice查找表和36个块RAM/FIFO,有利于满足三模冗余的要求。