SpaceWire多优先级分层调度交叉开关研究与设计

SpaceWire(SpW)路由是SpW网络的关键设备之一,采用纵横式交叉开关(crossbar switch)结构,由于SpW网络数据分组最大长度不固定,经典的滑动迭代轮询匹配(iSlip)调度算法并不适用。研究二维行波进位交换结构,提出一种多优先级分层调度的crossbar switch实现结构,为不同业务流量类型赋予不同优先级可以提高网络服务质量(QoS),采用基于仲裁反馈轮询(FBP)算法,在群组路由时具有良好输出公平性。通过向环型行波进位(CRCS)仲裁结构中插入寄存器分割组合逻辑组成流水结构降低组合延迟,提高最高系统频率,解决路由端口数量扩展的问题。使用可编程逻辑语言实现优先级数量和端口数量可配置的crossbar,CRCS结构具有资源占用少、仲裁速度快和易于扩展的特点。以4×4规模的crossbar switch为例,采用二维CRCS结构相比于线性扩展结构,仲裁逻辑单元数量节省67.3%,仲裁延迟降低约60%,在Xilinx V7系列现场可编程门阵列(FPGA)进行逻辑综合,行列各插入2级寄存器,即可满足最大规模下的SpW路由应用需求。