一种多模式多节点高速传输系统的方案设计
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据 传输单 元进行控 制 ， 以保 证 数据 能 够 正确 的存 取
对各区域以一定数据量为单位轮循读取 ， 以达到对 数据的流量控制和多节点并行传输 的控制。 根据 数 据 存 储 单 元 对 高 速 性 的 要 求 ， 用 采
Ｄ Ｒ Ｄ Ａ 实现 。 Ｄ ２Ｓ Ｒ Ｍ （） ３ 多节 点 高 速传 输 单 元 ： 于完 成 数 据 的高 用
式不 够灵 活 、 时 性差 和 数据 传 输 速 率不 能根 据传 实 输节 点 的需求 进行 流量控制 的缺 点 。
文中提出了一种多模式多节点高速传输系统的 方案设计 ， 该方案通过数据筛选、 数据的分区域存储 和流量控制完成数据多模式 的传输和多节点的协同
工作 。它具有 速度 快 、 传输 模式灵 活 、 点 数量多 和 节
２ 系统硬件实现
根据 系统方案 设计 ， ｌ 以 ６个数 据传输 节点 为例 进 行硬 件实现 。系统硬 件结构 如 图 ２所 示 。
千兆 ｆ千兆 ｌ千兆 ｌ千兆 Ｉ Ｉ Ｉ ｌ ｌ 千兆 Ｊ 千兆 ｌ 千兆 Ｉ 千兆 Fra Baidu bibliotek １ Ｉ Ｉ
网１ ｌ 网 口 Ｉ 网１ Ｉ 网口 Ｉ ３ Ｉ ３ Ｊ ｌ Ｉ 网口 ｌ 网口 Ｉ 网口 ｌ 网口 ｌ ｌ ｌ
１ 多模 式多节点 的高速数据传输 系统 方 案设 计
该方案由核心处理单元、 数据存储单元 和多节 点高速数据传输单元组成 ， 图 １ 如 所示， 各个单元的 具体 功能 如下 。
目前的数据传输系统多采用串 口传输、 口传 并 输和 Ｕ Ｂ传输 ， Ｓ 它们具有高速性不 足、 数据传输模
的高速数据输入 ， 输人数据的最大数据率达到 ８ ｂｓ Ｇ ｐ， 每个通道 的输人数据 以 ｌＢ为一 帧 ， 一帧数据有 一 ｋ 每
个Ｉ Ｄ标示。输入的数据经过数据帧过滤器， 完成对数 据的传输节点匹配和传输模式选择控制。
一
通道的数据分时从同一个千兆 以太网口传输。 （ ）数 据 存 取 ： 统 中 采 用 １ Ｂ 的 Ｄ Ｒ ２ 系 Ｇ Ｄ２
图２ 所示的硬件架构能够实现对数据的多模式 多节点高速传输 ， 其特性体现在 以下 ３ 个方面。
（） １ 数据控制 ： 系统 中 ＦＧ Ｐ Ａ接 收来 自 １ ６个通道
根据传输节点对数据传输模式的需求， 数据 的 传输模式分为 ３ ， 种 分别为 ： 一个通道对应一个千兆
以太 网 口、 个 通道 对 应 一个 千 兆 以太 网 口、６个 两 ｌ
２１ ０ ２年第３ 期
文章编号 ：０９—２５ ２ １ ）３— ０ １ ４ １０ ５２（０２ ０ ０ ８ —０ 中图分类号 ：ｉ １ Ｔｔ １ ３ 文献标识码 ： Ａ
一
种 多模 式 多节 点 高速 传 输 系统 的方 案 设计
赵清涛 ， 凌小峰 ，宫新保
（ 海交通大学电子工程系 ， 海 ２０４ ） 上 上 ０２ ０
１８ ｂ ｓ ８ ｂｓ ２ Ｍ ｐ 到 Ｇ ｐ。在 测 试 过 程 中 ， 定 几 个 特 定 选 的输人 数据 率测试 ， 选定 的数 据率 分别 为 １８ ｐ， ２ ｓ Ｍｂ
３ ２ ｐ ， ． Ｇ ｐ ， Ｇｂ ｓ ． Ｇｂ ｓ ６ ４ ｂ ｓ ８ ｐ 。
表 １ 一 个 通 道 对 应 ～个 网 口的 测 试 结 果
ｌ通 道 的 数据 输 入 ６
千兆 ｌ千兆 ｌ 千兆 ｌ千兆 Ｉ １ １ 】
网口 ｆ 网口 ｌ 网口 ｌ 网口 Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ
１ 千兆 Ｉ 千兆 ｝千兆 ｌ千兆 ｌ １ ｌ
ｌ 口Ｉ 网 口 ｌ 网口 Ｉ 口 ｌ网 ＿ ｌ网
图 ２ １ 点 商 速数 据 传 输 系 统 硬件 结 构 ６节
和传输 ， 有效地降低了数据丢包率 ， 提高了数据传输 的可靠性 。 根据核心处理单元的功能和传输系统对数据传 输高速化、 处理实时化的要求 ， 采用 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ实现核心 处理单元的设计 。Ｆ Ｇ Ｐ Ａ并行处理速度高 ， 具有处
理复杂功能的能力 ， 并且灵活性强的优点 ， 易于实现 对整个 系统 的控制 。
一
８ — １
（） １ 核心处理单元 ： 用于完成对数据传输节点 匹配、 传输模式控制、 数据存储单元控制和多节点高 速 数据传 输单元控 制 。 核心处理单元根据不 同节点对传输数据和传输 模式的需求 ， 通过数据帧过滤器进行数据筛选 ， 使数 据 以需求的传输模式从相应的节点传输 。 核心处理单元对数据存储单元和多节点高速数
ｗｏ ｋ ｅ ｅ ｔｖ ｌ ｎ ｈｉｈ ｓ ｅ ｄ ｔａ ｓ ｓｉ ｎ ｓ ｓｅ ｒ ｆ ｃｉｅｙ ｉ ｇ — ｐ ｅ ｒｎ ｍｉｓｏ ｙ ｔｍ． Ｋｅ ｒ ： ｍｕｌ — ｄ ｙ ｗｏ ｄｓ ｉ ｔ ｍｏ ｅ；ｍｕ ｔ－ ｏ ｅ；ｄ ｔ ｌｅ ｉ ｇ；ｆｏ ｃ ｎ ｏ ｌ ｎｄ ｉ ａ ａ ｆ ｔ ｒｎ ｌ ｗ ｏ ｔ ｌ ｉ ｒ
ｍｕ ｔ— ｏ ｅ，ａ ｄ ｃ ｎ ｒ ｌ ｂ ｅ ｔａ ｓ ｓ ｉ ｎ ｄ ｔ ａｅ ｌｉｎ ｄ ｎ ｏ ｔｏ ｌ ｌ ｎ ｍｉｓｏ ａａ ｒ ｔ ．Ｔｈ ｏ ｇ ａ ｄ ｒ ｍｐ ｅ ｎ ａ ｉｎ ａ ｙ ｔ ｍ ｅ ｔｎ ａ ｒ ｒ ｕ ｈ ｈ ｒ ｗａ ｅ ｉ ｌｍｅ ｔｔｏ ｎｄ ｓ ｓｅ ｔ ｓｉ ｇ
摘 要 ：针对 目 前传输 系统传输模式单一和无法满足 高速需求的不足 ，提 出了一种 多模 式多节 点 高速 传输 系统 的方案设 计 。该方 案通 过 数 据 筛选 和 流 量控 制 完成数 据 多模 式 的传 输和 多节 点 的协 同工作 ，具有速度快、节点数量多和数据率可控的特点。基于 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ和千兆以太网技术的硬 件 实现和 系统 测试表 明 ，方案 可 以有效 地 适用 于 高速数 据传 输 的应 用场合 。 关键词 ：多模式 ；多节点 ；数据筛选 ；流量控制
区域为 ６ Ｍ 。根据每个节点对传输数据 的需求 ， ４Ｂ
设 置数 据 帧 过 滤 器 ， 滤 后 的 数 据 存 储 到 相 应 的 过
Ｄ Ｒ Ｄ Ａ 区域 。 Ｄ ２Ｓ Ｒ Ｍ 由 ＦＧ Ｐ Ａ实 现 的 １ ６个 以太 网控 制器
此种 模 式 测 试 ， ６通 道 的 输 人 数 据 率 从 １
ｂ ｓ ｄ ｏ Ｐ Ａ ａ ｄ ｇ ｇ ｂ ｔＥ ｈ ｍｅ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｃ ｕ ｉｎ ｃ ｎ ｂ ｒ ｗ ａ ｈ ｒ ｐ ｓ ｄ ｓ ｓ ｍ ａ ａ ｅ ｎ Ｆ Ｇ ｉａ ｉ ｔ ｅ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ，ｃ ｎ ｌ ｓ ａ ｅ ｄ ａ ｎ ｔ ｔｔ ｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ｙ ｔ ｃ ｎ ｎ ｔ ｏ ｈ ｅ
（） ２ 数据存储单元 ： 数据存储单元用于对数据 进行缓存 ， 以保证数据传输的可靠性 。 当外部输 人数 据率 比较 大 时 ， 节 点 高速 传输 多 单元不能有效的发送数据 ， 以需要对数据进行缓 所
存， 以保证数据的可靠传输。数据存储单元根据传
输节点的不同， 被均分成不同的区域 ， 每一个区域对 应一个传输节点 ， 经过筛选后的数据， 根据节点的需 求， 存人到相应的存储区域。进行数据读取时 ， 需要
Ｓ Ｒ Ｍ完成数据存储单元 的设 计 ， Ｆ Ｇ ＤＡ 由 Ｐ Ａ实现 ＤＲ Ｄ ２控制器 － 控制 Ｄ Ｒ Ｄ Ａ ３ Ｄ ２Ｓ Ｒ Ｍ的读写操作 。
８ — ２
１ Ｂ的 Ｄ Ｒ Ｄ Ａ 均分 成 １ Ｇ Ｄ ２Ｓ Ｒ Ｍ ６个 区域 ， 个 每
３ １ 一个 通道对 应一 个 网口的模式 ．
ｐ ｏ ｏ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｒ Ｔｈ ｏ ｇ ｄ ｔ ｌｅ ｉｇ ａ ｄ ｆｏ ｒ ｐ ｓ ｄ ｉ ｈ ｓ ｐ ｐｅ ． ｒ ｕ ｈ ａａ ｆ ｔｒｎ ｉ ｎ ｗ ｃ ｎｒ ｌ ｈ ｅ ｒ ｐ ｓ ｄ ｌ ｏ ｔｏ ，ｔ ｐ ｏ ｏ ｅ ｍｅ ｏ ａ ｃ ｏ ｌｓ ｈ ｔ ｄ ｃ ｎ ａ ｃ ｍｐｉｈ
图 １ 系统组成
数据率可控的特点。系统 的硬件实现采用结合 Ｆ — Ｐ
Ｇ Ａ和千 兆 以太 网 的技 术 架 构 ， 可 靠 有 效 的完 成 能
收 稿 日期 ：２ １ —０ ０ １ ９—１ ６ 作者简介 ：赵清涛 （９ ６一）， ， １８ 男 硕士研究生 ， 研究方 向为高速数 字
信号处理、 通信信 号处理和数字语音处理。
（） ３ 数据传输 ： 系统 中 ｌ 个千兆 以太网口挂在 ６ 上。
１ 千兆 以太 网 口从 Ｄ Ｒ Ｄ Ａ 读 取数 据 ６个 Ｄ ２Ｓ Ｒ Ｍ
速传输， 多节点高速传输单元 同步控制和数据流量 控制 。 多节点数据传输 实现对数据的分布式并行传 输。数据的并行传输 ， 可以使数据的传输带宽增大， 且易于大数据量的数据传输 。进行数据多节点传输 时， 需要通过 核心处 理单元对 多节 点进行 同步控 制 ， 以保证各个传输节点能够有效可靠 的工作。 根据不 同节点对数据率的传输需求不 同， 需要 考虑数据流量控制 ， 以保证数据可靠的传输， 降低数 据 的丢包 率 。 根据数据传输高速化 的要求 ， 在实际系统 的硬 件 实现 中采用千兆 以太 网技术进 行方案 设计 。千兆 以太 网具有 高效 、 高速 、 高性 能 的优 点 ， 够满 足 方 能 案 中对数据高速传输的要求。
０ 引言
随着计算机科学和信息技术的飞速发展 ， 数据 传输系统也不断得到发展。伴随着传输系统中设备 的多元化和复杂化 以及传输业务多元化 的同时 ， 传 输系统也不断地朝着高速化 ， 处理实时化和传输模
式 多样 化 的方 向发展 。
数 据 的多模 式 多节 点 高速 传输 工 作 ， 且 大 大节 省 并 了硬件开 销 、 降低 了硬件成本 和设计 风 险 。
（ ｅ ａｔ ｎ ｆ ｌ ｔｏ ｉ Ｅ ｇｎ ｅｉｇ Ｓ ａ ｇａ ｉｏｏ ｇＵ ｉｅｓ ｙ ｈ ｎ ｈ ０ ２ｏ Ｃ￣ ａ Ｄ ｐ ｒｍｅ ｔ ｅ ｒｎｃ ｎ ｉｅｒ ， ｈ ｎｈ ｉ ａ ｔｎ ｎｖｒｉ ，Ｓ ａ ｇ ａ ２ ｏ４ ， ｔ ） ｏＥ ｃ ｎ Ｊ ｔ ｉ
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Ｚ ＡＯ Ｑｎ— ｏ Ｉ Ｇ Ｘａ－ ｎ ，Ｇ Ｎ ｉ—ａ Ｈ ｉｇｔ ，ＬＮ ｉ ｆ ｇ Ｏ Ｇ Ｘｎｂｏ ａ ｏｅ
对各区域以一定数据量为单位轮循读取 ， 以达到对 数据的流量控制和多节点并行传输 的控制。 根据 数 据 存 储 单 元 对 高 速 性 的 要 求 ， 用 采
Ｄ Ｒ Ｄ Ａ 实现 。 Ｄ ２Ｓ Ｒ Ｍ （） ３ 多节 点 高 速传 输 单 元 ： 于完 成 数 据 的高 用
式不 够灵 活 、 时 性差 和 数据 传 输 速 率不 能根 据传 实 输节 点 的需求 进行 流量控制 的缺 点 。
文中提出了一种多模式多节点高速传输系统的 方案设计 ， 该方案通过数据筛选、 数据的分区域存储 和流量控制完成数据多模式 的传输和多节点的协同
工作 。它具有 速度 快 、 传输 模式灵 活 、 点 数量多 和 节
２ 系统硬件实现
根据 系统方案 设计 ， ｌ 以 ６个数 据传输 节点 为例 进 行硬 件实现 。系统硬 件结构 如 图 ２所 示 。
千兆 ｆ千兆 ｌ千兆 ｌ千兆 Ｉ Ｉ Ｉ ｌ ｌ 千兆 Ｊ 千兆 ｌ 千兆 Ｉ 千兆 Fra Baidu bibliotek １ Ｉ Ｉ
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１ 多模 式多节点 的高速数据传输 系统 方 案设 计
该方案由核心处理单元、 数据存储单元 和多节 点高速数据传输单元组成 ， 图 １ 如 所示， 各个单元的 具体 功能 如下 。
目前的数据传输系统多采用串 口传输、 口传 并 输和 Ｕ Ｂ传输 ， Ｓ 它们具有高速性不 足、 数据传输模
的高速数据输入 ， 输人数据的最大数据率达到 ８ ｂｓ Ｇ ｐ， 每个通道 的输人数据 以 ｌＢ为一 帧 ， 一帧数据有 一 ｋ 每
个Ｉ Ｄ标示。输入的数据经过数据帧过滤器， 完成对数 据的传输节点匹配和传输模式选择控制。
一
通道的数据分时从同一个千兆 以太网口传输。 （ ）数 据 存 取 ： 统 中 采 用 １ Ｂ 的 Ｄ Ｒ ２ 系 Ｇ Ｄ２
图２ 所示的硬件架构能够实现对数据的多模式 多节点高速传输 ， 其特性体现在 以下 ３ 个方面。
（） １ 数据控制 ： 系统 中 ＦＧ Ｐ Ａ接 收来 自 １ ６个通道
根据传输节点对数据传输模式的需求， 数据 的 传输模式分为 ３ ， 种 分别为 ： 一个通道对应一个千兆
以太 网 口、 个 通道 对 应 一个 千 兆 以太 网 口、６个 两 ｌ
２１ ０ ２年第３ 期
文章编号 ：０９—２５ ２ １ ）３— ０ １ ４ １０ ５２（０２ ０ ０ ８ —０ 中图分类号 ：ｉ １ Ｔｔ １ ３ 文献标识码 ： Ａ
一
种 多模 式 多节 点 高速 传 输 系统 的方 案 设计
赵清涛 ， 凌小峰 ，宫新保
（ 海交通大学电子工程系 ， 海 ２０４ ） 上 上 ０２ ０
１８ ｂ ｓ ８ ｂｓ ２ Ｍ ｐ 到 Ｇ ｐ。在 测 试 过 程 中 ， 定 几 个 特 定 选 的输人 数据 率测试 ， 选定 的数 据率 分别 为 １８ ｐ， ２ ｓ Ｍｂ
３ ２ ｐ ， ． Ｇ ｐ ， Ｇｂ ｓ ． Ｇｂ ｓ ６ ４ ｂ ｓ ８ ｐ 。
表 １ 一 个 通 道 对 应 ～个 网 口的 测 试 结 果
ｌ通 道 的 数据 输 入 ６
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图 ２ １ 点 商 速数 据 传 输 系 统 硬件 结 构 ６节
和传输 ， 有效地降低了数据丢包率 ， 提高了数据传输 的可靠性 。 根据核心处理单元的功能和传输系统对数据传 输高速化、 处理实时化的要求 ， 采用 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ实现核心 处理单元的设计 。Ｆ Ｇ Ｐ Ａ并行处理速度高 ， 具有处
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一
８ — １
（） １ 核心处理单元 ： 用于完成对数据传输节点 匹配、 传输模式控制、 数据存储单元控制和多节点高 速 数据传 输单元控 制 。 核心处理单元根据不 同节点对传输数据和传输 模式的需求 ， 通过数据帧过滤器进行数据筛选 ， 使数 据 以需求的传输模式从相应的节点传输 。 核心处理单元对数据存储单元和多节点高速数
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区域为 ６ Ｍ 。根据每个节点对传输数据 的需求 ， ４Ｂ
设 置数 据 帧 过 滤 器 ， 滤 后 的 数 据 存 储 到 相 应 的 过
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存， 以保证数据的可靠传输。数据存储单元根据传
输节点的不同， 被均分成不同的区域 ， 每一个区域对 应一个传输节点 ， 经过筛选后的数据， 根据节点的需 求， 存人到相应的存储区域。进行数据读取时 ， 需要
Ｓ Ｒ Ｍ完成数据存储单元 的设 计 ， Ｆ Ｇ ＤＡ 由 Ｐ Ａ实现 ＤＲ Ｄ ２控制器 － 控制 Ｄ Ｒ Ｄ Ａ ３ Ｄ ２Ｓ Ｒ Ｍ的读写操作 。
８ — ２
１ Ｂ的 Ｄ Ｒ Ｄ Ａ 均分 成 １ Ｇ Ｄ ２Ｓ Ｒ Ｍ ６个 区域 ， 个 每
３ １ 一个 通道对 应一 个 网口的模式 ．
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图 １ 系统组成
数据率可控的特点。系统 的硬件实现采用结合 Ｆ — Ｐ
Ｇ Ａ和千 兆 以太 网 的技 术 架 构 ， 可 靠 有 效 的完 成 能
收 稿 日期 ：２ １ —０ ０ １ ９—１ ６ 作者简介 ：赵清涛 （９ ６一）， ， １８ 男 硕士研究生 ， 研究方 向为高速数 字
信号处理、 通信信 号处理和数字语音处理。
（） ３ 数据传输 ： 系统 中 ｌ 个千兆 以太网口挂在 ６ 上。
１ 千兆 以太 网 口从 Ｄ Ｒ Ｄ Ａ 读 取数 据 ６个 Ｄ ２Ｓ Ｒ Ｍ
速传输， 多节点高速传输单元 同步控制和数据流量 控制 。 多节点数据传输 实现对数据的分布式并行传 输。数据的并行传输 ， 可以使数据的传输带宽增大， 且易于大数据量的数据传输 。进行数据多节点传输 时， 需要通过 核心处 理单元对 多节 点进行 同步控 制 ， 以保证各个传输节点能够有效可靠 的工作。 根据不 同节点对数据率的传输需求不 同， 需要 考虑数据流量控制 ， 以保证数据可靠的传输， 降低数 据 的丢包 率 。 根据数据传输高速化 的要求 ， 在实际系统 的硬 件 实现 中采用千兆 以太 网技术进 行方案 设计 。千兆 以太 网具有 高效 、 高速 、 高性 能 的优 点 ， 够满 足 方 能 案 中对数据高速传输的要求。
０ 引言
随着计算机科学和信息技术的飞速发展 ， 数据 传输系统也不断得到发展。伴随着传输系统中设备 的多元化和复杂化 以及传输业务多元化 的同时 ， 传 输系统也不断地朝着高速化 ， 处理实时化和传输模
式 多样 化 的方 向发展 。
数 据 的多模 式 多节 点 高速 传输 工 作 ， 且 大 大节 省 并 了硬件开 销 、 降低 了硬件成本 和设计 风 险 。
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