基于FPGA的RapidIO和萬兆以太網(wǎng)路由控制器設計.pdf

1、隨著信息社會的發(fā)展，人們對計算機技術的高實時性和高可靠性的要求日益增長，加之芯片技術的不斷進步，嵌入式計算技術將獲得廣闊的發(fā)展空間和應用前景。目前，嵌入式計算技術已進入工業(yè)控制、環(huán)境工程、信息家電和個人移動數(shù)據(jù)處理等諸多領域，尤其是高性能嵌入式計算技術，在國防、航天等重要領域發(fā)揮著重要作用。高性能嵌入式分布式集群系統(tǒng)的發(fā)展離不開高速總線電路的發(fā)展。在以高性能嵌入式計算技術構(gòu)建的綜合化信息處理系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速通信，采用串行Rap

2、idIO高速總線和萬兆以太網(wǎng)兩種協(xié)議分別作為射頻前端預處理和后端綜合顯控處理的數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡，因此，面臨兩種協(xié)議之間的實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問題。
　　串行RapidIO由于使用高速串行技術，并且擁有可以將多個處理器互聯(lián)，使計算機集群化，云計算化、內(nèi)存共享等特點，被廣泛運用于嵌入式計算機的芯片間、板間通信互聯(lián)。目前，在嵌入式計算機領域及通信技術領域，RapidIO已逐漸成為新型多計算機、多處理器、多DSP的互聯(lián)的首要選擇。萬兆以太網(wǎng)是一種高速

3、以太網(wǎng)接口，提供10Gbps的以太網(wǎng)帶寬的長距離傳輸，被廣泛應用于數(shù)據(jù)交換中心、數(shù)據(jù)視頻廣播等需要高帶寬數(shù)據(jù)的場合，并且可以有效實現(xiàn)網(wǎng)絡上大數(shù)據(jù)量匯聚和鏈路聚合。
　　本文針對兩種協(xié)議之間的實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問題，設計了一個串行RapidIO和萬兆以太網(wǎng)之間的路由控制接口，采用硬件設計技術實現(xiàn)了高速實時的數(shù)據(jù)傳輸通道，可以被廣泛應用于綜合信息電子系統(tǒng)，以及作為智能的IO接口模塊形式應用于多個前端射頻預處理和核心處理機平臺中，用以解決嵌入

4、式實時系統(tǒng)和后端任務信息處理系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)實時交換問題，有很高的應用價值。
　　本文的主要工作包括:
　　(1)設計了一個基于FPGA的串行RapidIO和萬兆以太網(wǎng)之間的路由控制接口，可在兩種協(xié)議之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換的流水操作。該接口由一個4×SRIO接口、一個萬兆以太網(wǎng)接口和一個用戶調(diào)度邏輯模塊構(gòu)成，其中用戶調(diào)度邏輯模塊主要進行兩部分處理:接收萬兆以太網(wǎng)傳來的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為RapidIO郵箱消息與接收RapidIO郵箱消息轉(zhuǎn)換

5、為以太網(wǎng)包。
　　(2)使用RapidIO郵箱消息機制來處理不同協(xié)議之間的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換，將接收到的以太網(wǎng)包拆分成若干個消息段(segs)，而將接收到的RapidIO郵箱消息組合成以太網(wǎng)包進行發(fā)送。使用RapidIO Doorbell作為中斷，用來通知接收方發(fā)送已完成。在萬兆網(wǎng)轉(zhuǎn)RapidIO和RapidIO轉(zhuǎn)萬兆網(wǎng)兩個方向上，都采用可重傳超時錯誤包的消息發(fā)送結(jié)構(gòu)。
　　(3)在接收處理RapidIO郵箱消息時，需要將消息存儲在