10G专用交换队列管理单元的设计与实现

• 作 者: 许晶
• 出 处: 西安电子科技大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 队列管理 调度算法 流量控制 DDR3

卫星通信技术具有诸多地面通信网不可比拟的优点,是空天地一体化通信的重要组成部分。随着通信卫星承载的业务量的日益增大,对于通信卫星的星上路由转发的能力的需求也会不断增加。基于此背景,本文依托“XX10G专用分组交换单元的设计与实现”项目,针对该项目高速路由处理、快速存储转发设计需求,深入展开了一系列的研究,其中,“10G专用交换队列管理单元”是决定存储转发速率的重要部分,也是本文的核心研究内容。本文首先针对“10G专用分组交换单元的设计与实现”的设计需求进行了深入分析,给出了系统总体设计方案。其次,详细阐述了“10G专用交换队列管理单元”的入队分发器、定长buffer的缓存策略、预入队调度、两级调度算法、总线控制模块和流量控制模块等核心模块的设计思路与实现方案。然后,针对FPGA片上存储资源有限,限制队列管理单元存储转发能力的缺点,提出了将专用队列管理单元的缓存区放在片外的DDR3中的方案,详细介绍了各主要模块的设计与实现。最后,搭建了板级测试平台,进行系统级测试,并对测试中遇到的关键问题及解决措施进行总结归纳,测试结果表明,所设计的队列管理单元性能良好,满足设计需求。本文的创新之处在于:第一,为满足高速存储转发需求,提出了多路专用交换队列管理单元并行处理的方案,成倍提高了存储转发速度。第二,提出了一种改进型WRR调度算法,可改善原WRR调度算法的高优先级队列延时大、且不能充分利用带宽的缺点。第三,为提高入队效率,提高总线利用率,提出了预入队调度思想,提高了单路交换队列管理单元的性能。第四,本文利用DDR3带宽高、容量大的优点,将队列管理单元的缓存区由FPGA片内换成了片外的DDR3,大大提高了队列管理单元的存储容量、处理速度与管理能力。