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基于StarFabric的高速交换机的研究与设计

作　者: 李典
导　师: 邹传云
学　校: 桂林电子科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 高速数据交换 StarFabric 拓扑结构交换机设计
分类号: TN915.05
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 144次
引　用: 1次
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内容摘要

高速数据交换技术,是指能够提供比传统总线技术更大的传输带宽和更灵活的扩展性的数据传输技术,它采用“交换”机制,与传统总线技术存在本质的区别。在PCI这样的传统总线技术“瓶颈效应”日益突出的情况下,它已经在分布计算,计算机体系结构,航空电子综合化等科研领域发挥着越来越重要的作用。本文首先对StarFabric、RapidIO、InfiniBand、PCI-Express、HyperTransprot、RACEway六种目前在多端口高速数据交换技术领域具有一定代表性的技术,从规范特性、技术成熟程度、技术商用化程度、适用性等几个方面,结合项目需求进行了分析和对比。其次,对StarFabric技术的实际可行性进行了论证。对该技术的主要协议芯片SG1010和SG2010的特性和工作原理作了详细介绍,然后给出了计算由它们组成系统的各种性能参数的方法。最后,从硬件设计和软件设计两个方面给出了一套完整的基于StarFabric技术的高速交换机的设计方案。在硬件设计中,主要论述了如何构建符合项目要求的核心交换网络拓扑结构,以及怎样从硬件上保证高速交换机的各种功能的实现。在软件设计中,首先论述了基于StarFabric技术的高速交换机的整体工作流程,重点阐述了协议路由原理,存储器映射原理和StarFabric网络的初始化流程。然后给出了整个高速交换机的软件设计过程,并对三个主要程序模块进行了具体说明。最后通过搭建试验平台验证了所设计的程序能够实现交换机的基本功能。到论文完成为止,基于StarFabric技术的高速交换机的硬件还没有送回。本文的结论主要建立在已有的试验平台基础上。对实际高速交换机硬件和软件的调试将在以后的工作中继续进行,并将对建立在试验平台上的各种结论加以验证。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-15
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 传统总线技术简介  10-11
  1.3 交换式总线技术  11-13
    1.3.1 交换式总线技术的概念  11-12
    1.3.2 交换式总线技术与传统总线技术的差别  12
    1.3.3 交换式总线技术的发展趋势  12-13
  1.4 总线技术小结  13
  1.5 本文的内容与结构  13-15
第二章几种交换式总线技术的研究与比较  15-29
  2.1 STARFABRIC 技术  15-18
    2.1.1 StarFabric 的协议层次结构  15-16
    2.1.2 StarFabric 技术的三个突破  16-17
      2.1.2.1 并行到串行的转变  16
      2.1.2.2 放弃独立的时钟信号线  16-17
      2.1.2.3 应用交换技术使设备从共享总线方式转向点对点连接  17
    2.1.3 StarFabric 硬件架构  17-18
    2.1.4 StarFabric 技术的应用  18
  2.2 RAPIDIO 技术  18-21
    2.2.1 RapidIO 的协议层次结构  19-20
    2.2.2 RapidIO 技术的应用原理  20-21
  2.3 INFINIBAND 技术  21-23
    2.3.1 InfiniBand 的协议层次结构  21-22
    2.3.2 InfiniBand 技术的通信体系  22-23
  2.4 其他交换式总线技术综述  23-27
    2.4.1 PCI-Express 技术  23-25
      2.4.1.1 PCI-Express 的层次结构  24
      2.4.1.2 PCI-Express 技术的特性  24-25
    2.4.2 HyperTransport 技术  25
    2.4.3 RACEway 技术  25-27
      2.4.3.1 RACEway 技术的特性  26-27
      2.4.3.2 RACEway 技术的应用  27
  2.5 各种交换式总线技术的适用范围分析  27-29
第三章 STARFABRIC 技术协议的实现  29-37
  3.1 SG1010 交换芯片  29-30
    3.1.1 SG1010 功能概述  29
    3.1.2 SG1010 特性  29-30
  3.2 SG2010 桥接芯片  30-33
    3.2.1 SG2010 功能概述  30
    3.2.2 SG2010 的特性  30-31
    3.2.3 SG2010 工作原理  31-33
      3.2.3.1 根模式、桥功能打开  31-32
      3.2.3.2 叶模式、桥功能打开  32
      3.2.3.3 桥功能关闭  32-33
  3.3 SG1010 和SG2010 组成系统的工作原理  33-35
  3.4 STARFABRIC 技术的可行性、可扩展性分析  35-37
第四章高速交换机系统的硬件设计  37-51
  4.1 设计指导思想  37
  4.2 硬件设计方案  37-39
    4.2.1 交换机模块在系统中的位置  37-38
    4.2.2 设计原理框图  38-39
  4.3 核心交换网络拓扑结构的研究与设计  39-47
    4.3.1 StarFabric 图论  39
    4.3.2 StarFabric 排队论  39-41
    4.3.3 StarFabric 的典型拓扑结构  41-43
    4.3.4 StarFabric 交换网络拓扑结构的实际设计  43-47
    4.3.5 交换网络的端口分配  47
  4.4 POWERPC 子板  47-48
  4.5 电源设计  48-50
    4.5.1 电源设计概述  48-49
    4.5.2 电源芯片选择和分配方案  49-50
  4.6 高速交换机的对外接口  50-51
    4.6.1 StarFabric 接口  50
    4.6.2 PMC 接口  50-51
第五章高速交换机系统的软件设计  51-86
  5.1 高速交换机工作流程分析  51-60
    5.1.1 StarFabric 协议路由原理  51-52
    5.1.2 StarFabric 协议FID 分配原理  52-53
    5.1.3 StarFabric 存储器映射原理  53-57
    5.1.4 StarFabric 交换网络的初始化  57-59
    5.1.5 交换网络中数据通信流程  59-60
  5.2 软件总体设计  60-69
    5.2.1 需求概述  61
    5.2.2 StarFabric 高速交换机模块软件结构  61-65
      5.2.2.1 StarFabric 资源管理软件层次结构  61-62
      5.2.2.2 高速交换机软件模块的划分  62
      5.2.2.3 软件结构  62-65
    5.2.3 数据结构  65-69
      5.2.3.1 数据结构的定义  65-67
      5.2.3.2 系统控制模块与高速交换机模块间进行信息交换的过程..  67-69
  5.3 VXWORKS 嵌入式操作系统简介  69-72
  5.4 主要程序模块描述  72-76
    5.4.1 交换机初始化程序描述  72-74
    5.4.2 系统控制代理程序描述  74-75
    5.4.3 总线状态维护程序描述  75-76
  5.5 软件调试  76-86
    5.5.1 高速交换机软件调试环境介绍  76-78
    5.5.2 软件基本功能验证  78-86
第六章结束语  86-87
参考文献  87-90
附录  90-91

基于StarFabric的高速交换机的研究与设计

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