卫星通信系统已经进入了新的大发展阶段,卫星的广播、组播及广域连接能力促使人们加快对星上处理、星上交换、多波束等先进技术的工程应用,从而拓展卫星通信的应用范围和领域,最终将卫星网络和地面高速网络融合在一起,形成天地一体的通信网络体系。卫星通信的高速发展也对星载交换机的容量和速度都提出了更高的要求。现有的单级交换网络结构主要有共享缓存和Crossbar两种。共享缓存交换结构使用同一个缓存区存储待转发的数据帧,并通过同一条读写总线传输。虽然简化了交换结构的内部逻辑设计,但是也限制了整个交换单元的吞吐量,因此不满足大容量交换机的需求。Crossbar交换结构可以实现多套总线同时传输,大大提升了交换容量,因此广泛应用于高速大容量交换机中。但是随着输入输出端口数量、交叉节点数量和虚拟输出队列数量的增加,对FPGA资源的需求也提出了更高的要求。由于单片FPGA的资源非常有限,所以需要研究一种解决FPGA资源限制Crossbar交换容量的方法。本文结合实验室承担的项目“大容量双体交换机”,在分析交叉节点带缓存的Crossbar交换网络结构的基础上,提出了将交换网络分割为两部分,分别设置在两片FPGA上的设计思想。本文主要研究专用交换单元中调度信息和数据信息的处理。首先,介绍现有交叉节点带缓存的Crossbar交换网络结构的优势与缺点;其次,基于项目实际需求,提出将交换网络分割在两片FPGA上的方法,并对横向与纵向两种分割方式进行比较;第三,针对项目需求及硬件平台,提出交换单元整体设计方案及资源评估情况;第四,完成关键模块的设计与实现,包括流分类、分组处理、总线控制与调度、片间数据传输、输出调度模块;最后,对交换单元进行软件仿真及板级测试,验证方案的正确性,并对过程中出现的问题进行分析与总结。本文的创新点在于,第一,提出将交叉节点带缓存的Crossbar网络分割在两片FPGA上互连互通的方法,解决芯片资源对交换容量的限制;第二,设计实现了基于自定义帧格式的专用流分类模块,完成特殊数据帧类型的识别与处理;第三,设计实现了调度信息与数据信息的并行处理,满足交换单元线速处理需求。第四,采取内帧的方式,完成两片FPGA的互连互通。