一種千兆AFDX交換機及其交換方法技術

本發明專利技術公開了一種千兆AFDX交換機，包含基于共享存儲器的交換結構、交換端口、存儲器訪問接口、交換機終端接口、全局計數器、局部計數器，所述交換結構包含共享存儲器，該共享存儲器為雙端口存儲器，單個端口的位寬為512bits。通過采用共享存儲結構實現了24口千兆AFDX數據交換，總收發帶寬可達到48G，可滿足下一代航電帶寬需求。

【技術實現步驟摘要】
—種千兆AFDX交換機及其交換方法
本專利技術涉及航空電子
，特別涉及一種千兆AFDX交換機及其交換方法。
技術介紹
:根據ARINC664規范，AFDX交換機與商用以太網交換機主要有以下幾點不同:I)支持基于虛擬鏈路(Virtual Link,簡稱VL)的單播和組播；2)支持基于虛擬鏈路的流量控制策略；3)支持基于虛擬鏈路的兩種優先級設置；4)支持基于端口的數據緩沖空間大小配置；5)交換機的交換過程具有確定的可預計延遲時間；6)擁有一個符合AFDX規范的終端接口。這些不同之處決定了 AFDX交換芯片的交換結構與商用交換芯片的交換結構不完全相同。首先商用交換芯片的路由表變成了固定的虛擬鏈路配置表，路徑選擇要根據虛擬鏈路信息實現單播和多播功能，其次AFDX交換芯片添加了基于虛擬鏈路的流量策略控制和優先級機制。同時AFDX交換芯片交換結構的設計要保證幀在傳遞過程中具有可確定的延時。交換機交換芯片內部結構設計可分為基于輸入隊列和基于輸出隊列(共享存儲)兩種結構。基于輸入隊列的交換機結構為每個輸入端口都設置有緩沖區。輸入端口進入的數據幀先緩存于輸入端口緩沖區中，形成通信輸入隊列。交換機的交換控制邏輯根據輸出端口的狀態，異步地從輸入隊列中取出數據幀，從交換機的交換實體中，轉發輸出；基于輸出隊列的交換機結構為每個輸出端口都設置有輸出緩沖區。輸入端口進入的數據幀，直接通過交換控制邏輯，進入輸出端口的輸出緩沖區中，形成通信輸出隊列。交換機的輸出端口異步地從輸出隊列中取出數據幀，從通信端口中輸出，實現數據交換。輸出隊列交換機結構通常采用共享存儲方式來實現。目前AFDX交換引擎主要支持10M/100M速率，由于交換數據量增大，提高AFDX交換引擎的交換速率變得更為重要，基于這個需求，迫切需要一種千兆AFDX交換機。
技術實現思路
針對現有技術的不足，本專利技術的專利技術目的在于提供一種千兆AFDX交換機，支持24口千兆速率的AFDX交換引擎。本專利技術的專利技術目的通過以下技術方案實現:一種千兆AFDX交換機，包含基于共享存儲器的交換結構、交換端口、存儲器訪問接口、交換機終端接口、全局計數器、局部計數器，所述交換結構包含共享存儲器，所述共享存儲器為雙端口存儲器，單個端口的位寬為512bits ；所述交換端口用于將輸入端口的SGMII以太網數據轉換為512bit并行數據輸入到共享存儲器；將共享存儲器中的512bit并行數據轉換為SGMII以太網數據輸出；所述存儲器訪問接口用于讀取外部存儲器存儲的配置信息；所述交換機終端接口用于與處理器的通信，完成MIB與處理器的信息交互；全局計數器用于計算全局時鐘，完成信用量的計算；局部計數器用于計算單獨幀的處理時間，配合全局技數器完成信用量等信息的計算。優選地，所述共享存儲器采用FPGA芯片，由64個BRAM拼成一個深度為2K，位寬為1024bits的雙端口存儲器。依據上述特征，所述交換結構還包含時鐘分片單元、存儲控制器、空閑地址指針隊列、輸出隊列調度、多播計數單元；所述時鐘分片單元用于提供供共享存儲控制器對N個輸入端口和N個輸出端口進行時間片輪詢訪問的定時周期；所述存儲控制器用于對輸入端發出請求以時鐘片輪詢的方式做出仲裁，從空閑地址指針隊列中取出一個空地址，將數據寫入這個空地址所指向的共享存儲器空間，并將這個空地址和其他相關信息寫入對應輸出端口的輸出隊列中；所述共享存儲控制器用于按時鐘片對共享存儲器進行輪詢訪問；所述空地址指針隊列用于共享存儲器中空地址的管理；所述輸出隊列調度器用于以時鐘片輪詢的方式從每一個輸出端口非空的輸出隊列中讀出被緩存的幀的存儲地址和其他信息，根據存儲地址從共享存儲器空間中讀出幀數據并向輸出端口發送；所述多播計數單元用于多路轉發時的計數控制。本專利技術的另一目的在于提供一種千兆AFDX交換機交換方法，包含如下步驟:a)、當輸入端有數據幀到來時，輸入端口將SGMII數據轉換為512bits數據格式；在交換結構中根據從存儲器訪問接口讀入的虛擬鏈路表中預先配置的虛擬鏈路BAG和Jitter進行信用量過濾統計、根據AFDX數據包格式進行錯誤幀的過濾統計；然后輸入端發出請求，存儲控制器以時鐘片輪詢的方式做出仲裁；b)、獲得控制權的輸入端從空指針隊列中取出一個空地址，將未過濾的正確數據幀以512bits位寬寫入這個空地址所指向的共享存儲器空間，并將這個空地址和其他相關信息寫入對應輸出端口的輸出隊列中；其中其他相關信息包括輸出端口、多播端口數信息，這些信息同樣由存儲器訪問接口讀入的虛擬鏈路表信息中獲得。為保證數據的完整性，寫入共享存儲器結束時間應以單個完整數據包完全寫入為止。c)、在輸出端,輸出隊列調度器以時鐘輪詢的方式從每一個端口非空的輸出隊列中讀出被緩存的幀的存儲地址和其他信息，根據存儲地址從共享存儲器中讀出幀數據，并向輸出端口發送；d)、輸出端口將512bits位寬數據轉換為SGMII以太網數據發送出交換機。依據上述特征，所述信用量過濾統計具體包含如下步驟:e)、系統啟動時，全局計數器開始計數，VL表項中的幀局部計數器清0，AC賦最大允許值 Acmax = BAG^Jij switch ；f)、當一幀到來時，由全局計數器減去每一個VL的局部計數器值再加上該VL的AC余量，得到幀的當前信用量ACi;g)、如果當前信用量ACi小于相關鏈路最大幀長，則該幀丟棄，該VL項的所有字段保持不變；如果當前信用量大3、小于ACmax，轉發當前幀，回寫該VL的局部計數器值為當前全局計數器的計數值，回寫AC余量為當前信用量ACi減去；如果當前信用量ACi大于ACmax ,賦當前信用量為Acmax ,轉發當前巾貞，回寫該VL的局部計數器值為當前全局計數器的計數值，回寫AC余量為當前信用量減去、依據上述特征，所述錯誤幀的錯誤類型包括CRC錯誤、幀長錯誤、字節不對齊錯誤、常數域錯誤、虛擬鏈路(VL) ID錯誤、信用量錯誤。與現有技術相比，本專利技術可以滿足以下要求:a) 24 個 1000Mbps AFDX 交換端口，100%全線速；b)整個交換機帶寬48Gbps ；c)交換機總緩存128 ；d)支持2級優先級；e) AFDX交換機至少支持4096個VL，每個VL的ID都應在O?65535范圍內；f)技術延時小于IOus ；g)邏輯工作頻率:20ns。在本專利技術中，依據對AFDX交換機的特性分析和仿真，并考慮到帶寬的限制，千兆AFDX協議交換引擎采用了基于共享內存的結構。采用基于共享存儲的結構具有以下優勢:I)共享存儲器結構可以保證確定性的延時；2)共享存儲器結構支持變長包的轉發；3)共享存儲器結構可對超帶寬數據進行無損過濾。通過采用共享存儲結構實現千兆AFDX數據交換。【附圖說明】圖1為一般的基于共享存儲器的交換結構邏輯框圖；圖2為本專利技術千兆AFDX交換機的結構圖。具體實施方法對于24端口千兆AFDX交換機，它的總的收發帶寬為24*1G*2 = 48G。這就要求交換機的存儲帶寬也為48G，采用FPGA內部的存儲資源。本專利技術中使用雙端口的共享存儲器，這樣對于單個存儲端口只需要24G的存儲帶寬，交換機內部工作頻率為50M和內部存儲單元的大小，設計存儲器的位寬為512bits，單個端口的存儲帶寬可達本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種千兆AFDX交換機，包含基于共享存儲器的交換結構、交換端口、存儲器訪問接口、交換機終端接口、全局計數器、局部計數器，其特征在于所述交換結構包含共享存儲器，所述共享存儲器為雙端口存儲器，單個端口的位寬為512bits；所述交換端口用于將輸入端口的SGMII以太網數據轉換為512bit并行數據輸入到共享存儲器；將共享存儲器中的512bit并行數據轉換為SGMII以太網數據輸出；所述存儲器訪問接口用于讀取外部存儲器存儲的配置信息；所述交換機終端接口用于與處理器的通信，完成MIB與處理器的信息交互；全局計數器用于計算全局時鐘，完成信用量的計算；局部計數器用于計算單獨幀的處理時間，配合全局計數器完成信用量等信息的計算。

【技術特征摘要】
1.一種千兆AFDX交換機，包含基于共享存儲器的交換結構、交換端口、存儲器訪問接口、交換機終端接口、全局計數器、局部計數器，其特征在于所述交換結構包含共享存儲器，所述共享存儲器為雙端口存儲器，單個端口的位寬為512bits ； 所述交換端口用于將輸入端口的SGMII以太網數據轉換為512bit并行數據輸入到共享存儲器；將共享存儲器中的512bit并行數據轉換為SGMII以太網數據輸出； 所述存儲器訪問接口用于讀取外部存儲器存儲的配置信息； 所述交換機終端接口用于與處理器的通信，完成MIB與處理器的信息交互； 全局計數器用于計算全局時鐘，完成信用量的計算； 局部計數器用于計算單獨幀的處理時間，配合全局計數器完成信用量等信息的計算。2.根據權利要求1所述的一種千兆AFDX交換機，其特征在于所述共享存儲器采用FPGA芯片，由64個BRAM拼成一個深度為2K，位寬為1024bits的雙端口存儲器。3.根據權利要求1所述的一種千兆AFDX交換機，其特征在于所述交換結構還包含時鐘分片單元、存儲控制器、空閑地址指針隊列、輸出隊列調度、多播計數單元； 所述時鐘分片單元用于提供供共享存儲控制器對N個輸入端口和N個輸出端口進行時間片輪詢訪問的定時周期； 所述存儲控制器用于對輸入端發出請求以時鐘片輪詢的方式做出仲裁，從空閑地址指針隊列中取出一個空地址，將數據寫入這個空地址所指向的共享存儲器空間，并將這個空地址和其他相關信息寫入對應輸出端口的輸出隊列中； 所述共享存儲控制器用于按時鐘片對共享存儲器進行輪詢訪問； 所述空地址指針隊列用于共享存儲器中空地址的管理； 所述輸出隊列調度器用于以時鐘片輪詢的方式從每一個輸出端口非空的輸出隊列中讀出被緩存的幀的存儲地址和其他信息，根據存儲地址從共享存儲器空間中讀出幀數據并向輸出端口發送； 所述多播計數單元用于多路轉發時的計數控制。4.根據權利要求1所述的一種千兆AFDX交換機，其交換方法包含如下步驟: a)、當輸入端有數據幀到來時，輸入...

【專利技術屬性】
技術研發人員：沈磊，
申請(專利權)人：中國航空無線電電子研究所，
類型：發明
國別省市：上海;31