基于FPGA的大容量ATM交换模块的设计与实现的中期报告.pdf
基于FPGA的大容量ATM交换模块的设计与实现的
中期报告
摘要:
随着通信技术的迅速发展,ATM交换技术在高速通信领域的应用越
来越广泛。本文提出了一种基于FPGA的大容量ATM交换模块的设计。
该模块使用FPGA实现了ATM交换机的关键功能,并配合高速存储器和
交叉开关,实现了高速、可靠的ATM交换功能。文章介绍了该模块的设
计原理、硬件架构以及实现细节,并给出了测试结果。
关键字:FPGA,ATM交换,高速存储器,交叉开关
一、研究背景
ATM(AsynchronousTransferMode),即异步传输模式,是一种基
于分组交换技术的高速通信协议。ATM交换技术在高速通信领域的应用
越来越广泛。为了满足大容量、高速、低延时等要求,ATM交换机必须
具备高速、可靠的交换功能。
目前,FPGA作为一种具有可编程性和高速性能的集成电路技术,已
经广泛应用于ATM交换机的设计中。本文提出了一种基于FPGA的大容
量ATM交换模块的设计,主要研究如何使用FPGA实现ATM交换机的关
键功能,并配合高速存储器和交叉开关,实现高速、可靠的交换功能。
二、模块设计原理
ATM交换机的核心是交换模块,它负责将输入端口的ATM单元交换
到输出端口。一个基本的ATM交换模块包括输入缓冲区、输出缓冲区、
交叉开关和控制逻辑四部分。其中,交叉开关是实现ATM交换的核心部
件,它根据ATM单元的目的地址,将输入端口的ATM单元交换到输出端
口。
本文的大容量ATM交换模块是基于FPGA实现的,其主要设计原理
如下:
(1)输入端口和输出端口
模块提供32个输入端口和32个输出端口,每个端口的传输速率为
155Mbps。为了提高吞吐量,每个端口使用了高速存储器作为输入缓冲
区和输出缓冲区。
(2)交叉开关
模块使用了交叉开关来实现ATM交换。具体来说,模块包括32个
输入阵列和32个输出阵列,每个阵列包括32个开关元件。当一个ATM
单元到达输入端口时,交叉开关根据ATM单元的目的地址,将其切换到
对应的输出端口。
(3)控制逻辑
模块的控制逻辑负责控制输入缓冲区、输出缓冲区和交叉开关。当
一个ATM单元到达输入端口时,控制逻辑会将其存储到对应的输入缓冲
区中。当交叉开关判断需要将ATM单元交换到输出端口时,控制逻辑会
将其从输入缓冲区中读取,并将其写入对应的输出缓冲区中。当ATM单
元到达输出端口时,控制逻辑将其发送出去。
三、模块实现细节
(1)输入缓冲区和输出缓冲区
模块的输入缓冲区和输出缓冲区均采用高速存储器实现。由于存储
器的尺寸有限,需要采取一定的策略来提高存储器的利用率。具体来说,
输入缓冲区采用循环队列的结构,以节约存储器的使用。输出缓冲区采
用分组存储的结构,将多个ATM单元存储到一个存储块中,以充分利用
存储器的容量。
(2)交叉开关
交叉开关是模块实现的关键部件。模块使用32×32的矩阵实现交叉
开关。每个交叉开关的元件包括一个多路选择器和一个触发器。当一个
ATM单元到达输入端口时,控制逻辑会将其写入到对应的多路选择器中。
当交叉开关选择将ATM单元交换到输出端口时,多路选择器会将ATM单
元输出到对应的触发器中。触发器会将ATM单元存储到对应的输出缓冲
区中。
四、测试结果
模块的测试环境为Altera的CycloneIV系列FPGA开发板。测试采
用了Loopback方式,即将ATM单元从一个输入端口发送到另一个输出
端口。测试结果表明,模块具有良好的性能和稳定性,能够实现高速、
可靠的ATM交换功能。
五、结论
本文提出了一种基于FPGA的大容量ATM交换模块的设计,主要研
究了如何使用FPGA实现ATM交换机的关键功能,并配合高速存储器和
交叉开关,实现高速、可靠的交换功能。实验结果表明,该模块具有良
好的性能和稳定性,能够适应大容量、高速、低延时等要求。