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基于FPGA的大容量ATM交换模块的设计与实现的中期报告.pdf

发布:2024-09-15约1.95千字共3页下载文档
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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。

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