基于FPGA的位宽可扩展多路组播复制的实现

　　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：

　　图1 四路组播复制实现原理图

　　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。

　　图2 组播复制时序仿真图

　　3 结束语

　　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。