伴随高速信息化进程,网络的数据吞吐量日益增加,交换机作为网络中的关键节点,其性能对网络整体表现影响极大。Crossbar是一种高速交换结构,具有结构简单、吞吐量大、扩展性好等多种优势,被广泛应用于各类高性能交换机中,但对存储资源的消耗较大。而在采用FPGA设计实现交换机时,由于片上资源非常有限,这无疑限制了交换机的转发能力,所以急需设计一种既能保持其优势,又能降低存储资源需求的新型Crossbar交换结构。本文首先介绍了交换单元中常用的共享总线、共享缓存以及Crossbar三种交换结构。其次,具体说明各种排队方式下的Crossbar交换结构以及多播业务在Crossbar交换结构中的调度方式。第三,分析项目的设计需求及项目所使用的硬件平台资源,提出了一种基于输入排队的Crossbar交换结构,并给出了交换单元的整体设计方案。第四,详细阐述交换单元中的Crossbar交换模块的设计与实现方法。最后,利用Modelsim仿真软件对各个模块进行仿真与分析,证明本文所提出的Crossbar结构在不降低系统吞吐量的前提下,支持单多播集成调度,且能够减少存储资源的使用,并在FPGA平台上对专用交换单元进行板级测试,验证了交换单元整体及各子模块的功能与性能均达到项目预期目标。