Title: Design and implementation of a bus-switching unit for a high-speed peripheral card
Language: English
Authors: Ring, Felix 
Qualification level: Diploma
Keywords: AHB; PCI Express; Paketvermittlung; Busarbitrierung; Portierung; Datenratenanpassung
AHB; PCI Express; packet switching; bus arbitration; platform transfer; rate-matching
Advisor: Dietrich, Dietmar 
Assisting Advisor: Sauter, Thilo
Issue Date: 2009
Number of Pages: 107
Qualification level: Diploma
Abstract: 
Diese Diplomarbeit befasst sich mit der Weiterentwicklung einer Ethernet Netzwerkkarte für hochgenaue Uhrensynchronisation. Um die Genauigkeit der Uhrensynchronisation bis zu Standardabweichungen im Subnanosekundenbereich verbessern zu können, soll die Eignung von neuen Übertragungsmedien für Uhrensynchronisation untersucht werden. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung einer dafür notwendigen Netzwerkkarte, die die Durchführung von Uhrensynchronisation sowohl in optischen als auch in kabelbasierten Gigabit Ethernet Netzwerken ermöglicht. Als Grundlage dafür wird eine bereits verfügbare Hardwarearchitektur für hochgenaue Uhrensynchronisation verwendet, die auf einer Evaluierungsplattform für optisches und kabelbasiertes Gigabit Ethernet implementiert werden soll. Da nur Evaluierungsplattformen mit PCI Express Anbindung erhältlich sind, muss die bisherige PCI basierte Hardwarearchitektur in eine PCI Express basierte Hardwarearchitektur übergeführt werden. Dieser Umbau erfordert die Entwicklung einer Einheit, die unterschiedliche Bussysteme miteinander verbinden und deren Pakete auf die verschiedenen teilnehmenden Knoten entsprechend verteilen kann. Es handelt sich dabei um mehrere AHB Knoten, die mit dem PCI Express Bus verbunden werden müssen.
Das vorliegende Dokument behandelt ausführlich die Anforderungen für eine solche Einheit und die dabei auftretenden Hürden, die es zu meistern gilt. Im Zuge dessen werden gut erforschte Techniken für vergleichbare Fragestellungen aus unterschiedlichen Anwendungsgebieten beleuchtet. Die dort gewonnenen Erfahrungen werden auf den vorliegenden Fall angewendet, und darauf basierend werden verschiedene Lösungansätze dargestellt. Desweiteren werden während der Entwicklungsarbeiten aufgetretene Schwierigkeiten beschrieben und analysiert, um daraus Hilfestellungen für zukünftige Projekte abzuleiten. Die aus den gewonnenen Erfahrungen erwachsenen Vorschläge für strukturiertes Vorgehen sollen helfen, mögliche Entwicklungsfehler zu vermeiden.
Schließlich wird beschrieben, wie zwei auf grundsätzlich unterschiedlichen Ansätzen basierende Simulationsumgebungen verwendet werden, um durch die Durchführung automatischer und halbautomatischer Tests die entwickelte Einheit zu verfizieren. Als Ergebnis dieser Arbeit können durch den Einsatz mehrerer Einheiten der entwickelten Hardware Testnetzwerke aufgebaut werden, die ein tieferes Verständnis von hochgenauer Uhrensynchronisation in Gigabit Ethernet Netzwerken ermöglichen.

This diploma thesis is about the evolvement of a high-precision clock synchronization enabled Ethernet Network Interface Card. To further improve the precision of the clock synchronization system to sub-nanosecond standard deviation, investigations on the suitability of new media for clock synchronization have to be made. The present work describes the necessary development of an evaluation network interface card for clock synchronization over copper- and optical fibre based Gigabit Ethernet. Therefore, an existing hardware design for high-precision clock synchronization has to be implemented on an evaluation board supplying Gigabit Ethernet physical layer connectors.
As such evaluation boards are only available with PCI Express connectors, the existing Peripheral Component Interconnect based system has to be transferred to a PCI Express based system. The transformation requires the development of a bus-switching and translation unit to interconnect multiple instances of Advanced High-Performance Bus interfaces to the PCI Express connection interface. This document provides a thorough explanation of the requirements and challenges of such a unit, investigating theoretical approaches and utilising knowledge of similar problems in different, well understood application fields. Moreover, traps and pitfalls that came up during the design and implementation process are presented and analysed to derive hints and suggestions for future projects, in order to use the gained experience to optimise the design methodology and avoid mistakes. The design is verified by using two developed, fundamentally distinct simulation environments and applying a variety of test cases for automated and semi-automated verification. The resulting system is a powerful means to gain deeper knowledge of high-precision clock synchronization in Gigabit Ethernet based networks by setting up and measuring test networks using multiple instances of the developed hardware.
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-21988
http://hdl.handle.net/20.500.12708/8992
Library ID: AC05041114
Organisation: E384 - Institut für Computertechnik 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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