轻量级以太网交换机

采用 Xilinx 无线连接 IP 和 FPGA,可在基于器件的统一 I/Q 交换机中集成多个将基带通道卡连接至远程无线电头端的器件。在一块 FPGA 上的一款集成型 CPRI I/Q 交换机支持各种线速、I/Q 数据交换及合并,以及多个以太网控制消息通道与交换,可实现高度灵活的粒度化互连,从而可简化部署、重新配置和现场强化。

概念验证概要

本概念验证 (PoC) 设计提供一个六端口轻量级以太网交换机,其可在基于 CPRI 的无线系统中使用。该交换机按照一个四端口千兆位交换机和一个三端口聚合器实现,可最大限度降低资源占用。必要时,该聚合器能够进行扩展,支持更多端口。

主要特性

  • 6 个端口包含:
    •  4 端口千兆位交换机
      • Port 1 - 上行 CPRI
      • Port 2 - 本地微处理器
      • Port 3 - 调试
      • Port 4 - Aggregator/de-aggregator
  • 用于下游 CPRI 端口的三端口聚合器/解汇聚器,最大工作频率为 100Mb/s
  • 2048 字节的最大以太网帧字节
  • 自动及手动地址学习
  • 64 个条目的地址表
  • 每端口每秒 1.6 兆帧(最大每秒 6 兆帧)

应用

该轻量级以太网交换机主要针对无线系统,所使用的架构能够使用一个端口聚合器支持数量可扩展的无线电连接,从而可减少资源需求。图 1 是一个简化的应用,由下列以太网端口组成:

  • 一个基带单元的上行 CPRI 链路
  • 三个支持无线电的下行 CPRI 链路
  • 一个通过外部 PHY 实现的外部调试及控制端口
  • 一个针对 CPU 的内部连接
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图 1 – 典型应用系统

架构

轻量级以太网交换机架构以共享在多个下游(无线电)链路之间提供的带宽为基础,在系统正常工作中,几乎不需要以太网流量。 在 PoC 示例中, 3 个下游 CPRI 链路通过聚合器/解聚合器连接,可与主交换机共享同一个连接。如图 2所示。这样能够支持数量更多的下行链路。

图 2 — 轻量级以太网交换机架构
图 2 — 轻量级以太网交换机架构

资源利用率

在选定配置的每个聚合下游端口所提供的资源利用及大致带宽情况见表 1 所示。

表 1: 资源利用

配置 RAMB18s LUTs FFs 下行
带宽
6 个端口 28 4000 6000 100 Mbit/s
12 个端口 52 6000 10000 25 Mbit/s
18 个端口 60 8000 14000 10 Mbit/s

提供

该轻量级以太网交换机 PoC 设计以压缩文件形式提供在 Xilinx 下载区(需要注册)。该压缩文件内含交换机加密源代码和一个随交换机提供的示例设计,可演示简单模式的生成与检查。除了测试台,还提供用于 Vivado® 设计套件的实现与仿真脚本。该交换机有一个六端口静态配置。

验证

IQ 交换机一直使用 UVM 方法验证。