【摘 要】
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随着嵌入式系统的应用场景不断丰富,其内部互联结构日益复杂化,嵌入式系统内部通常存在多种协议的接口,不同协议设备间交互需要高效率的多协议转换,这对嵌入式系统交换架构的设计提出了挑战。不同于通用计算机系统通过网络实现互联,嵌入式系统内部多个设备的互联往往需要紧耦合、高实时性的总线。Rapid IO总线协议支持直接存储器访问及地址映射,同时支持消息传递,具有对等传输的特点,使其成为嵌入式系统内部互联的优
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随着嵌入式系统的应用场景不断丰富,其内部互联结构日益复杂化,嵌入式系统内部通常存在多种协议的接口,不同协议设备间交互需要高效率的多协议转换,这对嵌入式系统交换架构的设计提出了挑战。不同于通用计算机系统通过网络实现互联,嵌入式系统内部多个设备的互联往往需要紧耦合、高实时性的总线。Rapid IO总线协议支持直接存储器访问及地址映射,同时支持消息传递,具有对等传输的特点,使其成为嵌入式系统内部互联的优选方案之一。研究基于SRIO的实时交换技术和多协议转换技术,对于嵌入式系统互联架构的实现具有很好的应用价值。本文针对嵌入式系统对紧耦合、高实时性总线,以及高效率多协议转换技术的需求,面向FPGA实现,设计并完成了一种基于SRIO的多协议实时交换架构。根据系统的缓存与带宽需求,给出了基于SRIO协议的crossbar交换结构的实现方案;面向服务质量需求,实现了基于优先级的输出端口调度算法,确保了高优先级数据包能被及时转发;针对系统扩展性需求,设计了支持多协议的路由表模块,并为多协议设备保留了扩展ID;针对不同高速协议的特点,完成了相应的数据帧转换结构设计,实现了SRIO协议到Aurora协议接口及高速串行收发芯片接口间的高效转换;针对软硬件接口需求,实现了基于软核处理器的主控模块,可支持ID分配、路由表配置以及系统状态的监测。本文对基于SRIO的多协议实时交换架构进行了实物测试,验证了本文多协议转换与实时交换方案的正确性。测试结果表明本文的方案可实现20路SRIO间的全交换,以及SRIO协议到Aurora协议和高速串行收发芯片协议的转换;交换系统单包交换时延最低可达1.77μs,高速串行收发芯片接口转换时延最低可达2.51μs。
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