隨著Internet/Intranet 的迅速發(fā)展，網絡流量的迅速增加使得已有的數據傳輸結構、流量的內容、模式和組成結構等都發(fā)生著前所未有的變化。數據傳輸形式逐步由面向連接的服務轉移到無連接的、動態(tài)的IP服務，對于公共載體來說，IP在應用中變得越來越重要。

網絡業(yè)務和流量的變化使網絡的核心交換結構、路由器、IP骨干網的優(yōu)化變得越來越重要。路由器在網絡交換技術中占有舉足輕重的地位，尤其核心路由器的性能更是決定了網絡的吞吐能力。以硬件機制實現的IP數據包交換技術使得現代路由器的性能遠遠超越以軟件機制實現數據包轉發(fā)的傳統(tǒng)路由器。而數據包交換的核心技術在于高速交換背板的調度算法和高速互連及傳輸技術。對交換背板的測試也集中在這兩點上：調度算法的測試和高速背板傳輸性能的測試。

交換背板的性能指標為：具有8個輸入/輸出功能的端口；每個端口的串行數據傳輸速率為1.25Gbps，通過8×8的交換開關，整個背板的累計交換速率達到10Gbps（8×1.25Gbps）；在背板上交換的為定長包（信元）；數據包的傳輸包括單播和組播兩種方式。系統(tǒng)工作在同步方式，工作頻率為125MHz。

測試系統(tǒng)包括交換卡、線路卡、控制卡和背板。交換卡的功能是實現調度算法并根據調度結果進行數據連接配置；線路卡配合交換卡完成調度，實現系統(tǒng)的交換功能，并要根據調度結果進行數據傳輸以檢驗背板傳輸誤碼率；控制卡對系統(tǒng)進行管理，產生控制信號及一些命令參數控制系統(tǒng)的運行模式；背板是數據及信號傳輸的媒介，它決定了系統(tǒng)的數據傳輸性能。

按照功能劃分，系統(tǒng)可以分為：調度模塊，傳輸模塊，時鐘模塊和控制模塊。以下分別介紹這幾個模塊的設計實現。

系統(tǒng)采用的調度算法是ESLIP算法，調度器在中央交換卡上實現，線路卡配合交換卡實現調度功能。每個線路卡上均存放一組隨機數，代表了每個時隙(time slot，信元傳輸周期)新到信元的信息，線路卡根據此信息和交換卡發(fā)來的調度結果決定下一時隙向交換卡發(fā)送的調度請求，交換卡收集各線路卡發(fā)來的調度請求，產生調度結果和交叉開關的配置信息。結構如圖1所示：

在每個時隙結束，交換卡根據調度結果決定交叉開關的配置，線路卡根據調度結果決定發(fā)送和接收的數據。系統(tǒng)初始化時，各線路卡上的DSP將要發(fā)送的數據寫入SRAM中；傳輸開始后，發(fā)送模塊根據調度結果向發(fā)送存儲器發(fā)送數據，接收模塊也根據調度結果將數據寫入接收存儲器中，并行發(fā)送數據經過千兆位收發(fā)器轉換為1.25Gbps的串行數據，通過背板→交叉開關→背板到達目的端口，再經收發(fā)器的串/并轉換寫入接收存儲器中；當線路卡上的接收存儲器寫滿后，不再接收數據，向DSP發(fā)中斷請求，DSP開始檢測誤碼。如圖2所示。

系統(tǒng)工作在同步方式，所有時鐘均由交換卡上的一個時鐘源產生分配到各個線路卡。

16MHz的晶振產生時鐘信號，經鎖相環(huán)鎖定在125MHz，再通過1：8的時鐘驅動器驅動，經背板傳送到各個線路卡。線路卡接收并驅動調度模塊和控制模塊，以及作為千兆位收發(fā)器的參考時鐘。為保證和數據同步，接收模塊所用時鐘為收發(fā)器從串行接收數據恢復的時鐘。

控制卡控制系統(tǒng)的運行模式。每次檢測開始時，控制卡發(fā)出系統(tǒng)復位信號，并向各線路卡發(fā)出命令及參數，用于控制數據類型及調度信息類型等。線路卡根據這些命令和參數進行板內的初始化，初始化結束后,控制卡發(fā)出啟動信號，開始進行數據傳輸。檢測到所有線路卡的接收存儲器寫滿后，一次傳輸結束，控制卡讀出各線路卡的誤碼率并開始新一輪的傳輸。系統(tǒng)工作流程如圖3所示：

在系統(tǒng)設計中，為了盡可能的提高系統(tǒng)性能，減少設計的復雜性，一方面，大量使用可編程邏輯芯片(FPGA和EPLD)，充分利用其內部資源，盡可能的利用其仿真工具驗證設計的正確性，簡化設計并節(jié)約成本；另一方面，使用高性能的集成芯片，如AMCC公司生產的S2064千兆位收發(fā)器和S2016交叉開關等，保證設計的正確性和可靠性。而且，設計階段充分利用信號完整性仿真工具進行模擬分析，尤其是高速信號，背板布線的設計、千兆位收發(fā)器的設計、接插件的選擇與設計等都經過了充分的模擬與論證。這些工作為系統(tǒng)設計提供了充分的依據。

實際運行和測試表明，系統(tǒng)正確的實現了調度算法，檢驗了系統(tǒng)的交換性能；實現了單線1.25Gbps速率的高速數據傳輸和交換，誤碼率小于10e-14，檢驗了信號在背板上的傳輸質量。系統(tǒng)的交換性能和傳輸能力達到了Cisco 12008路由器的水平?！?/font>