基于高速串行总线的电路交换开关模块的设计与实现

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1、第40卷第1期2010年1月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．40No．1Jan．2010基于高速串行总线的电路交换开关模块的设计与实现高毅，刘永强，赵小冬(中国航空计算技术研究所，陕西西安710068)摘要：电路交换开关模块是新一代航空电子系统中实现数字信号并行处理的关键模块，为数字信号并行处理系统中的各个数据处理模块、信号处理模块提供高速数据传输与交换。从新一代航空电子系统并行处理的发展趋势及需求的角度出发，介绍了电路交换开关模块的设计和实现。电路交换开关模块采用M21131交叉开关构成交换结构，能够快速交换高速信号，支持重配置

2、和重构，能够满足新一代航空电子系统中数字信号并行处理高速率、高可靠性和低延迟等需求。关键词：航空电子；并行处理；VXS；交换开关中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1671．654X(2010)01．0123—03引言现代航空电子系统中有雷达、通信、导航、识别(CNI)、电子战、显示等一系列子系统，以实现对来自海、陆、空各种信息的及时传输和处理。随着综合化程度的不断提高，能够实时并行处理多种航电信号的数字信号并行处理技术在航空电子系统中占有越来越重要的地位。多个并行的信号处理模块、数据处理模块之间的数据传输效率就成为了制约整个数字信号并行处理系统性能的瓶颈⋯。传统的并

3、行总线效率低、走线多，而高速串行总线技术不仅能满足可靠性、实时性和低延迟等航电系统的需求，还能满足高传输速率和统一网络的发展趋势，结合高速串行开关结构还可实现重配置，从而支持系统容错和重构。本文讨论的重点就是如何设计和实现能满足新一代航电系统数字信号并行处理技术发展趋势的基于高速串行总线的电路交换开关模块。1系统结构高速串行总线的应用并不意味着对传统机载航电系统通常选用的高可靠性并行总线技术的完全抛弃。传统的并行总线，以其高可靠性和广泛的应用基础，仍然在航电系统中占有不可动摇的地位。基于以上原因，支持串行开关技术的VME总线结构——VITA41(VXS)就成为了一种适时之选，其

4、主要特征如下：a．在PO／JO上采用高速差分连接器MultiGigRT一2，通过高速串行互连技术达到带宽平衡；b．串行开关部分的带宽可达到20Gbps；C．提供多种开关结构协议的子规范；d．拓扑结构包括单星形(singlestar)、双星形(dualstar)、网状(mesh)；e．兼容VME总线的电气特性、软件和部分机械结构，通过混合型结构以兼容现有的COTS开发产品。VXS结构，在兼容传统高可靠性并行VME总线的同时又增加了高速串行差分信号组心J。通过新型的PO连接器，VXS将VME并行总线与串行开关互连结合在一起。例如图1，就是根据VXS串行开关配置，将2个交换开关模块和

5、多个VXS处理模块互连起来，各个VXS处理模块之间既可以通过VME64总线组成并行互连网络，也可以通过每个模块引出的2个串行通道连接到交换开关模块上，通过交换开关模块的配置，组成高速串行互连网络。有多种串行开关协议映射在VXS中，例如串行RapidlO、lOGigabit以太网、PCIExpress、Infiniband等。本文介绍的电路交换开关模块实现的就是串行RapidlO高速信号的交换。2电路交换开关模块的结构和特点基于高速串行总线的电路交换开关模块是VXS系统中的一个关键。系统中所有VXS模块的串行接口都通过母板连接到电路交换开关模块上，通过电路交换开关模块上的交换芯片

6、实现信息通讯。电路交换开关模块应至少能够支持1个数据处理模块，4—6个信号处理模块和4路系统外部互连，并留有2—4个模块扩展接口，同时，应路由可配置，以支持并行处理系统的拓扑结构重构。收稿日期：2009．07．07作者简介：高毅(1983一)，女，陕西西安人。硕士研究生，研究方向为高性能数据信号处理。航宅计算技术第40卷第1期图1VXS结构拓扑图电路交换开关模块的核心部件是一个CROSS—bar电路开关，不对通过电路交换开关模块的协议进行解析，因此允许任意高速串行数据通道连接到其他高速串行数据通道，且连接独立于协议，可以实现多种高速串行信号的交换，同时还具有速度快，延迟固定等一

7、系列优点。实现高速信号交换功能的电路交换开关模块具有如下主要特点：a．支持多路4x高速串行信号的电路交换功能；b．模块规范：VITA41．2；c．支持BIT自检；d．串行通道传输率0．8Gbps～3．2Gbps；e．采用串行接口，智能地动态配置电路交换；f．支持故障隔离和拓扑结构重构。电路交换开关模块结构如图2所示，控制信息由红色箭头表示，数据信息由蓝色箭头表示，各主要部件功能如下：图2电路交换开关模块结构a．RAM，存储控制信息，调试时存储调试程序；b．串口，打印输出和接收控制信息，可以通