光纖接口適配器的研究與實(shí)現(xiàn)

1、引言隨著經(jīng)濟(jì)的窩速發(fā)展和科技的快速進(jìn)步,近幾年，光纖逋信技術(shù)皿運(yùn)而工并快速成長。根據(jù)燃爾 定律，cpu的處理速度每18個月翻一番。而光纖通信的傳輸帯寬每9個月就増加一倍，而成本降低一 半。同時全球因特網(wǎng)流量每6個丿j就翻-番。作為當(dāng)代通信領(lǐng)域的支柱技術(shù)，光纖通信正以每10年速 率増長100倍的速度發(fā)展。其總的發(fā)展趨勢是速率越來越塊，可靠件越來越高，捉供的業(yè)務(wù)種類越來 越多。隨君存儲技術(shù)的迅速發(fā)展，存儲容就得到了迅速的增k,存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速度成為了主要的 瓶頸。光纖的傳輸具冇其速度上的優(yōu)勢，然而，在光纖傳輸要受到光纖通道按11的限制，因此光纖通 道應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋€關(guān)鍵技術(shù)問題是接口的

2、設(shè)計(jì)問題，本文對有效地解決高數(shù)據(jù)傳輸在接口處的瓶頸具冇現(xiàn)實(shí)意義。1方案設(shè)計(jì)完整的實(shí)現(xiàn)耍包含pc機(jī)軟件編程、virlcx-5開發(fā)板的底層鏈路實(shí)現(xiàn)。pc機(jī)的軟件編寫主耍實(shí)現(xiàn) 鏈路的創(chuàng)建注銷控制、數(shù)據(jù)的紐幀、數(shù)據(jù)的傳輸控制、傳輸過程中的顯示；virtex-5開發(fā)板主要實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)的鏈路貫通、支持上位機(jī)所定義的幀結(jié)構(gòu)的傳輸過程。圖1接口適配器功能實(shí)現(xiàn)過程如圖1所示，接口輕匿功能實(shí)現(xiàn)過程卞要包含協(xié)議的正確理解，按照協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 的組織、具體的實(shí)現(xiàn)模塊的設(shè)計(jì)與編寫、結(jié)合virtex-5底層鏈路的貫通實(shí)現(xiàn)光纖通信接口適配器功能。2設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)2. 1協(xié)議的分析與與裁剪針對不同的應(yīng)用環(huán)境應(yīng)當(dāng)對fc協(xié)

3、議進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟眉簦M可能地有效利用協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。fc協(xié)議是一個 貝有五層紐成的協(xié)議體系。包折：fc-0層、fct層、fc-2層、fc-3層、fc-4層。各層的功能分別為：(1) ： fc 0：主耍規(guī)定了物理接口，包含傳輸介質(zhì)，收發(fā)器及接口等。(2) fc-1： 8 b/10 b編碼；串化解串；比特與字同步。(3) fc-2規(guī)定了光纖通道的傳輸機(jī)制：冇序集的檢測與識別；fc端口狀態(tài)機(jī)；幀的發(fā)送與接收，幀接收時要進(jìn)行冇效性檢查；流量控制; 幀管理；交換與序列管理；數(shù)據(jù)幀與響應(yīng)；多播與廣播；分段與重組；差錯檢測與回復(fù)。(4) fc-3：基本鏈路服務(wù)；擴(kuò)展鏈路服務(wù)；查詢紐.。(5) fc-4：映射上層協(xié)議

4、，木文主要是映射milstd-1553b協(xié)議。2. 2軟件編程中各模塊的代碼的設(shè)計(jì)軟件實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)部分：gl：i模塊設(shè)計(jì)、設(shè)備抽象層的設(shè)計(jì)、任務(wù)處理模塊的設(shè)計(jì)、fc的協(xié)議及物 理功能模塊的設(shè)計(jì)。(1) gui部分主要是顯示作用，可以對接口適配器的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和界面顯示。gui模塊設(shè)計(jì) 內(nèi)容有：整體界面、鏈路參數(shù)區(qū)、鏈路建立區(qū)、信息顯示區(qū)。(2) 設(shè)備抽象層的設(shè)計(jì)。該部分在于屏蔽下層不同物理設(shè)備間的差異；提供較為簡便的方式，使上 層模塊同邏輯進(jìn)行通信。木層需要提供對上層支持的設(shè)備操作接口及在內(nèi)部通過封裝windriver驅(qū)動 提供的功能接口，實(shí)現(xiàn)対上層的功能支持。(3) 任務(wù)處理模塊的設(shè)計(jì)。主

5、要實(shí)現(xiàn)對鏈路和數(shù)據(jù)各自的不同的任務(wù)操作情況。鏈路數(shù)據(jù)區(qū)與文件 數(shù)據(jù)區(qū)分別需耍保存各自的任務(wù)數(shù)據(jù)及狀態(tài)，另外，它是gut模塊變更ltst的依據(jù)，從而還需要保存 下層協(xié)議所具備的狀態(tài)及數(shù)據(jù)。(4) fc協(xié)議及物理功能模塊的設(shè)計(jì)。該部分主要描述任務(wù)發(fā)送協(xié)議與鏈路建立協(xié)議。 鏈路建立的注冊過程：數(shù)據(jù)傳輸前，需要通過注冊建立發(fā)送端與接收端的鏈路。首先，發(fā)送端 把待注冊的地址id等信息嵌入幀信息中，發(fā)送幀信息給接收端；然后，接收端收到幀信息后，解讀出 相關(guān)的信息，若符合幀的完整性等檢查，則兩端建立鏈路。若不滿足相關(guān)檢查則終止該次注冊過程。 鏈路的注銷過程：當(dāng)需耍注銷鏈路時，首先，發(fā)送端把待注銷的地址id等

6、信息嵌入幀信息中， 發(fā)送幀信息給接收端；然后，接收端收到幀信息后，解讀出相關(guān)的信息，若符合幀的完整性等檢查， 則兩端注銷鏈路，若不滿足相關(guān)檢査則終止該次注銷過程。 數(shù)據(jù)傳輸過程：數(shù)據(jù)傳輸是鏈路建立的根木11的，簡化的數(shù)據(jù)傳輸過程如圖2所示。2 數(shù)據(jù)傳輸過程2. 3 virtex-5開發(fā)板的底層保證(1)系統(tǒng)構(gòu)造邏輯設(shè)計(jì)主要完成以下幾點(diǎn)功能:控制pcie®核實(shí)現(xiàn)與上層軟件交互:對上層傳輸數(shù)據(jù)加crc校驗(yàn):完成fc鏈路初始化過程：完 成fc流控功能;完成fc-2差錯處理;控制rocket 1 /0把上層軟件數(shù)據(jù)通過rocket i/o發(fā)送:控 制rocket. i /0把接收恢復(fù)的數(shù)據(jù)傳

7、輸?shù)缴蠈榆浖?。邏輯設(shè)計(jì)的模塊組成：底層邏軻控制模塊丄要完成fc物理層通信，它上要包括發(fā)送模塊、搖 收模塊和pcie控制模塊三部分,每個模塊又根據(jù)功能不同劃分多個了模塊，在pc1e控制模塊屮，冇 一些緩存來存放接收模塊傳送過的數(shù)據(jù)和相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，發(fā)送模塊也會從pcte控制模塊的緩存中讀 取數(shù)據(jù)傳送岀去，其原理框圖如圖3所示。邏輯控制模塊原理框數(shù)據(jù)發(fā)送模塊該模塊通過讀取上位機(jī)的狀態(tài)信息來發(fā)送不同的信息，當(dāng)ack使能時，該模塊發(fā)ack, 當(dāng)數(shù)據(jù)使能時，該模塊就發(fā)送i占i定幀數(shù)的數(shù)據(jù)，發(fā)送的數(shù)據(jù)是從緩存中讀取，crc由該模塊添加。空閑 時就發(fā)送idle碼。數(shù)據(jù)接收模塊接收模塊包括接收控制模塊、crc

8、模塊和臨時緩存模塊。主要完成數(shù)據(jù)和鏈路控制 幀以及準(zhǔn)備信號的接收，并實(shí)現(xiàn)crc校驗(yàn)，根據(jù)幀頭來判斷不同類型的數(shù)據(jù)幀或控制幀，并存入緩存 中，同時將幀的相關(guān)信息也放入相應(yīng)的緩存中。pcie接口控制模塊 該模塊卞要根據(jù)pcie總線上的地址對應(yīng)的寄存器的值，譯碼成相應(yīng)的使能把 pcie總線上數(shù)據(jù)寫入相應(yīng)的數(shù)擁發(fā)送buf-f, ack發(fā)送buft反z根據(jù)邏輯輸入的使能，譯碼成對應(yīng)的 pcie總線上對應(yīng)地址的對應(yīng)寄存器的值，并把數(shù)擁接收的buffack接收buff數(shù)據(jù)寫入相應(yīng)的pcie地 址上。2. 4最終實(shí)現(xiàn)通過上位機(jī)打fpga開發(fā)板的結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了光纖通道接口適配器的高速性。傳輸效果圖如圖4所不。 a av i ws：fih53t3s