基于FPGA的位宽可扩展多路组播复制的实现

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摘? 要：用VHDL语言在FPGA内部编程实现组播复制。本文介绍其实现方法，并给出了时序仿真波形。通过扩展，该设计可以支持多位宽、多路复制，因而具有较好的应用前景。
关键词：FPGA? VHDL? 组播复制
1?概述
??? 组播是一种数据包传输方式，当有多台主机同时成为一个数据包的接受者时，出于对带宽和CPU负担的考虑，组播成为了一种最佳选择。在T比特路由器4X2.5G线路接口模块的硬件实现中，我们需要将数据发送到不同的目的端口，而这些端口又不是所有的目的端口。根据数据携带的组播目的端口号可以实现数据的复制，这就是本文所提到的组播复制。我们用VHDL语言在FPGA内部编程将其实现。本文第2节给出用VHDL语言在FPGA内部编程实现组播复制的过程，第3节总结全文。
2?实现
??? 我们选用Altera公司Stratix? GX系列EP1SGX40G FPGA芯片。Stratix? GX 是Altera 系统级可编程芯片系列中的旗舰产品，把复杂的FPGA设计提升到了系统集成的新高度。Stratix? GX器件具有多达20个全双工收发器通道，每个通道的速率可高达3.125Gbps，满足了高速背板和芯片间通信的需求，融合了业界最快的FPGA体系和高性能的数千兆收发器技术。另外，Stratix? GX器件具有嵌入均衡电路，每个通道的功耗非常低，具有40英寸的FR4背板驱动能力。Stratix GX器件也提供了具有专用动态相位调整（DPA）电路的源同步差分信号，工作速率可高达1Gbps。

???? EP1SGX40G型号的FPGA具有41,250个逻辑单元(LE)，20个全双工收发器通道，45个全双工源同步通道，RAM总量3Mibt，14个DSP模块；112个嵌入乘法器，8个PLL，芯片封装为1020管脚bGA封装。

??? 用FPGA对四路组播复制的实现原理图如图1所示。数据data_in写入4个FIFO，根据组播目的端口号选择输出。数据格式定义：data(7 downto 0)数据、data(8)包头指示（sop）、data(9)包尾指示（eop）、data(13 downto 10)组播目的端口号，13、12、11、10位分别表示a、b、c、d端口，高有效。主要程序如下：



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图1? 四路组播复制实现原理图
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2.1.实体说明









该程序已在ALTERA公司的quartusII4.1环境下用VHDL编程实现，其仿真波形如图2所示。



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图2? 组播复制时序仿真图
3? 结束语
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??? 根据组播目的端口号，用VHDL语言对FPGA内部编程实现四路组播复制。仿真结果显示，该程序完全符合设计要求。通过扩展，该设计可以应用于多路组播复制，同时，我们也可以容易地扩展数据的位宽，因而该设计具有较好的应用前景。
参考文献：
1 S19202CbI30 GANGES Product Specification.AMCC公司,2002
2 Stratix Device Handbook. Altera公司，2004
3 边计年,薛宏熙.用VHDL设计电子线路[M].北京：清华大学出版社，2000