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计算机机群系统是并行计算的发展方向,具有高性价比和高扩展性的特点。机群系统的网络介质和拓扑结构是影响系统通信性能的重要因素,光互连技术以其高带宽、低延迟的特点在多计算机并行计算系统中取得了广泛应用。本文在课题组前期高速光互连工作的基础上,设计了一种具有简单网络拓扑结构和通信协议的双层波分复用光互连网络;采用现场可编程门阵列(FPGA)和内嵌16K字节双端口SRAM的PCI总线控制器(PCI-DP)设计了应用于环网通信的千兆光网络接口卡,实现了PCI总线全带宽的互连通信;开发了光互连软件系统和通信协议,对环网通信性能进行了评估。本文完成的工作:结合高速数字路由器提出了双层波分复用光互连网络设计方案,建立了网络通信模型,采用FPGA和PCI-DP改进了环网光网络接口卡的结构设计,基于信号完整性原理进行了光网络接口卡的PCB优化设计。采用现代EDA设计方法进行光网络接口卡的FPGA逻辑功能设计,采用了集中控制式设计优化了总体设计方案,通过硬件电路实现了对数据包的发送、接收、转发和清除功能。以减少通信延迟和降低软件开销为目的,开发了光网络接口卡的设备驱动程序,设计了面向机群系统的网络通信协议。利用软件测试了光网络接口卡在不同工作环境下的DMA平均传输带宽,分析了传输字节数与传输带宽的关系。利用硬件测试了PCI总线控制器局部总线的猝发工作时序,评估了光网络接口卡的硬件性能。工作中的创新点:一、采用具有大量存储器资源的PCI总线控制器,当数据发送错误时,可直接从卡载缓存重发而不必经过计算机内存,降低了系统通信延迟。二、采用内置FIFO结构,接收缓存不再采用单独的FIFO器件,降低了系统复杂性,增强了链路功能。三、基于光网络接口卡和数据路由器,提出了一种兼具简单网络拓扑结构和通信协议的双层波分复用光互连网络。