摘要：一種基于反饋的信元交換控制系統(tǒng)的設計與FPGA電路的實現，該系統(tǒng)采用反饋機制，通過引入較小的硬件開銷和時間開銷，使系統(tǒng)丟失率達到10 -9量級，從而與通信鏈路（光纖）中的丟失率相匹配。高度并行的尋徑方式有效降低了對硬件電路的速率要求。

    關鍵詞：交換結構 尋徑 反饋 丟失率

大容量、低阻塞的交換機（路由路）一直是通信領域中所期望的。文獻[1]、[2]基于廣義Knockout原理和"流動"(rolling)技術提出了一種可擴展的分組Crossbar交換網絡，其信元丟失率可達10 -7左右。但在IP網絡中，數字終端的誤碼率低于10 -12量級，傳輸鏈路（光纖）的誤碼率達到10 -9，為了使交換機不成為帶寬瓶頸，要求其丟失率與傳輸鏈路匹配。本交給出一種基于反饋的分組Crossbar交換結構，其丟失率可達10 -9[3]，并給出了其控制系統(tǒng)的具體電路設計。

1 信元交換結構

本文采用一種帶反饋的可擴展分組Crossbar交換網絡，如圖1所示（以128端口為例）。分組Crossbar交換網絡采用若干小Crossbar交換矩陣結成大規(guī)模的交換網絡，具有良好的可擴展性。本交換結構由輸入擴展單元、交換矩陣、輸出集中單元及交換控制系統(tǒng)組成。輸出擴展單元接收封裝好的信元并對其進行1：4的擴展；輸出集中單元再進行4：1的集中，并提供信元的輸出排隊緩存；交換矩陣由4個分組組成，每個分組里有8個16×16小Crossbar。將一個分組中的小Crossbar的一部分端口（4～15端口）作為交換機提供給用戶的實際端口，另一部分（0～3端口）則用以構成輸出到輸入的反饋通道。由于只需要提供4個反饋線，因而只將每個分組中第一個小Crossbar的4個輸出口反饋至輸入端。4個反饋輸出端口與反饋輸入端通過輸入緩沖相聯(lián)系。同時，每個小Crossbar的輸入端仍為16個。這樣，每一個小Crossbar實現了16×12的交換功能。

2 交換控制系統(tǒng)及其實現

交換控制系統(tǒng)根據輸入擴展單元傳來的尋徑請求信號進行并行尋徑處理，將所得到的控制信號輸出到交換矩陣。交換控制系統(tǒng)硬件組成如圖2所示。其基本原理是：存儲一張記錄鏈路占用情況的忙/閑狀態(tài)表，初始時所有鏈路均為空閑。在一個信元周期內，每輸入一個尋徑請求，就檢查所需鏈路的忙/閑狀態(tài)，若空閑則將該鏈路分配給尋徑控制器，并且將鏈路標識為忙狀態(tài)；在每個信元周期結束前將鏈路全部設為空閑狀態(tài)，以便在下個信元周期重新尋徑。若在某一個信元周期內有輸入請求向量無法得到滿足時，則將該請求向量保持下來，并產生未分配標識向量輸出至交換核，然后將未分配請求向量置于尋徑控制器輸入接口FIFO隊首。

    2.1 尋徑控制器

尋徑控制器是交換控制系統(tǒng)的核心，它負責接收輸入請求分配單元傳遞過來的請求向量，對鏈路忙/閑狀態(tài)進行查詢后，產生連接控制信號，送給交換系統(tǒng)以控制信元交換。尋徑控制器的結構如圖3所示。交換控制系統(tǒng)由4個分組控制器級聯(lián)而成（分別對應于4個分組），每個子單元由小空分開關（SW）、16×16開關列陣控制器（SAC）、輸入串并和輸出并串模塊構成。其中，完成尋徑操作的主要部分是16×16開關列陣控制器（如圖4所示），每個控制器產生對應的