FIFO轮询合路设计与实现

### FIFO轮询合路设计与实现 #### 一、引言 随着互联网技术的快速发展，对网络设备的要求越来越高，特别是对于路由器这样的核心设备而言。为了适应不断增长的数据传输需求，路由器的设计面临着诸多挑战，其中一项重要的挑战就是如何提高线路接口的密度。传统的单板单接口设计已无法满足当前的需求，因此开发一种新型的、高密度的线路接口成为了一个研究热点。本文介绍了一种基于FPGA的fifo轮询合路设计与实现方案，该方案能够有效地解决高密度接口设计中的字节处理和整包处理转换问题。 #### 二、背景知识 在高密度线路接口设计中，特别是在4X2.5G线路接口卡的设计过程中，通常会面临以下两个主要问题： 1. **字节处理到整包处理的转换**：当数据从高速链路进入路由器时，最初是以字节流的形式存在。然而，路由器内部通常是以整包为单位进行处理的，这就需要一种机制将字节流转换为整包形式。 2. **公平性和稳定性**：在多路输入的情况下，确保所有输入路径都能够公平地获得资源是非常重要的。此外，还需要保证系统的稳定性，即避免某些路径长时间被忽略而导致数据丢失或延迟增加。 #### 三、设计与实现 为了解决上述问题，本设计提出了一种结合分片轮询（Cell Round Robin Scheduling, CRR）和改进式欠账轮询（Modified Deficit Round Robin, MDRR）的调度策略。 ##### 1. 分片轮询 (CRR) 分片轮询策略主要用于处理SDH芯片S19202送出的多路数据。具体来说，该策略会在FPGA中实现一个轮询机，利用SDH芯片提供的通道指示信号对每个通道进行固定顺序的轮询访问。如果有数据，则将其存入相应的通道整包接收FIFO中。这种方式简单有效，能够确保每个通道的数据都能被均匀地处理。 ##### 2. 改进式欠账轮询 (MDRR) 整包调度是确保每个通道公平性和稳定性的重要环节。MDRR是一种改进版的轮询策略，它不仅考虑了每个通道的数据量，还引入了“欠账”机制来动态调整每个通道的优先级。具体来说，每个通道都有一个“欠账值”，这个值反映了该通道之前未得到充分服务的程度。在每次轮询时，系统会选择欠账值最高的通道进行服务，同时更新各个通道的欠账值。这样可以确保即使某些通道的数据量较大，也不会持续占用资源，从而实现了整体上的公平性和稳定性。 #### 四、关键技术点 - **FIFO缓冲区设计**：FIFO缓冲区是整个设计的核心组件之一，用于临时存储待处理的数据。为了支持不同长度的数据包，FIFO需要具有足够的深度，同时具备快速读写的能力。 - **轮询机制的实现**：轮询机制是实现CRR和MDRR策略的基础。它涉及到对多个通道的有序访问，以及根据当前状态（是否有数据、欠账值等）作出决策。 - **欠账值的管理**：MDRR策略中的欠账值管理是实现公平性的重要部分。需要设计合适的算法来计算和更新欠账值，以确保每个通道都能获得合理的服务。 #### 五、仿真结果与分析 通过对设计进行仿真实验，验证了该方案的有效性。仿真结果显示，使用CRR和MDRR相结合的调度策略，不仅能够有效地实现字节流到整包的转换，而且还能确保所有输入路径的公平性和稳定性。此外，该方案在实际工程应用中也易于实现，具有很高的实用价值。 #### 六、结论 本文提出了一种基于FPGA的fifo轮询合路设计与实现方案，通过结合分片轮询和改进式欠账轮询两种策略，有效地解决了高密度线路接口设计中的关键问题。仿真结果表明，该设计完全符合预期目标，具有良好的公平性和稳定性。这一成果为高密度线路接口的设计提供了一种可行的解决方案，具有重要的理论意义和实用价值。