光纖接口適配器有效解決高數(shù)據(jù)傳輸?shù)难芯颗c實現(xiàn)

引言

隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展和科技的快速進步，近幾年，光纖通信技術應運而生并快速成長。根據(jù)摩爾定律，CPU的處理速度每18個月翻一番。而光纖通信的傳輸帶寬每9個月就增加一倍，而成本降低一半。同時全球因特網(wǎng)流量每6個月就翻一番。作為當代通信領域的支柱技術，光纖通信正以每10年速率增長100倍的速度發(fā)展。其總的發(fā)展趨勢是速率越來越塊，可靠性越來越高，提供的業(yè)務種類越來越多。

隨著存儲技術的迅速發(fā)展，存儲容量得到了迅速的增長，存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速度成為了主要的瓶頸。光纖的傳輸具有其速度上的優(yōu)勢，然而，在光纖傳輸要受到光纖通道接口的限制，因此光纖通道應用于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋€關鍵技術問題是接口的設計問題，本文對有效地解決高數(shù)據(jù)傳輸在接口處的瓶頸具有現(xiàn)實意義。

1 方案設計

完整的實現(xiàn)要包含PC機軟件編程、Virtex-5開發(fā)板的底層鏈路實現(xiàn)。PC機的軟件編寫主要實現(xiàn)鏈路的創(chuàng)建注銷控制、數(shù)據(jù)的組幀、數(shù)據(jù)的傳輸控制、傳輸過程中的顯示；VirteX-5開發(fā)板主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的鏈路貫通、支持上位機所定義的幀結構的傳輸過程。

光纖接口適配器有效解決高數(shù)據(jù)傳輸?shù)难芯颗c實現(xiàn)

如圖1所示，接口適配器功能實現(xiàn)過程主要包含協(xié)議的正確理解，按照協(xié)議的幀結構和數(shù)據(jù)結構的組織、具體的實現(xiàn)模塊的設計與編寫、結合VirteX-5底層鏈路的貫通實現(xiàn)光纖通信接口適配器功能。

2 設計的具體實現(xiàn)

2．1 協(xié)議的分析與與裁剪

針對不同的應用環(huán)境應當對FC協(xié)議進行適當?shù)牟眉簦M可能地有效利用協(xié)議標準。FC協(xié)議是一個具有五層組成的協(xié)議體系。包括：FC-0層、FC-1層、FC-2層、FC-3層、FC-4層。

各層的功能分別為：

（1）：FC-O：主要規(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制：

有序集的檢測與識別；FC端口狀態(tài)機；幀的發(fā)送與接收，幀接收時要進行有效性檢查；流量控制；幀管理；交換與序列管理；數(shù)據(jù)幀與響應；多播與廣播；分段與重組；差錯檢測與回復。

（4）FC-3：基本鏈路服務；擴展鏈路服務；查詢組。

（5）FC-4：映射上層協(xié)議，本文主要是映射MILstd-1553B協(xié)議。

2．2 軟件編程中各模塊的代碼的設計

軟件實現(xiàn)的設計部分：GUI模塊設計、設備抽象層的設計、任務處理模塊的設計、FC的協(xié)議及物理功能模塊的設計。

（1）GUI部分主要是顯示作用，可以對接口適配器的相關參數(shù)進行設置和界面顯示。GUI模塊設計內(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）設備抽象層的設計。該部分在于屏蔽下層不同物理設備間的差異；提供較為簡便的方式，使上層模塊同邏輯進行通信。本層需要提供對上層支持的設備操作接口及在內(nèi)部通過封裝WinDriver驅(qū)動提供的功能接口，實現(xiàn)對上層的功能支持。

（3）任務處理模塊的設計。主要實現(xiàn)對鏈路和數(shù)據(jù)各自的不同的任務操作情況。鏈路數(shù)據(jù)區(qū)與文件數(shù)據(jù)區(qū)分別需要保存各自的任務數(shù)據(jù)及狀態(tài)，另外，它是GUI模塊變更LIST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計。該部分主要描述任務發(fā)送協(xié)議與鏈路建立協(xié)議。

①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。若不滿足相關檢查則終止該次注冊過程。

②鏈路的注銷過程：當需要注銷鏈路時，首先，發(fā)送端把待注銷的地址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，若不滿足相關檢查則終止該次注銷過程。

③數(shù)據(jù)傳輸過程：數(shù)據(jù)傳輸是鏈路建立的根本目的，簡化的數(shù)據(jù)傳輸過程如圖2所示。

光纖接口適配器有效解決高數(shù)據(jù)傳輸?shù)难芯颗c實現(xiàn)

2．3 Virtex-5開發(fā)板的底層保證

（1）系統(tǒng)構造邏輯設計主要完成以下幾點功能：

控制PCIE硬核實現(xiàn)與上層軟件交互；對上層傳輸數(shù)據(jù)加CRC校驗；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 I／O把上層軟件數(shù)據(jù)通過ROCKET I／O發(fā)送；控制ROCKET、I／O把接收恢復的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴蠈榆浖?/p>

（2）邏輯設計的模塊組成：底層邏輯控制模塊主要完成FC物理層通信，它主要包括發(fā)送模塊、接收模塊和PCIE控制模塊三部分，每個模塊又根據(jù)功能不同劃分多個子模塊，在PCIE控制模塊中，有一些緩存來存放接收模塊傳送過的數(shù)據(jù)和相應的數(shù)據(jù)信息，發(fā)送模塊也會從PCIE控制模塊的緩存中讀取數(shù)據(jù)傳送出去，其原理框圖如圖3所示。

光纖接口適配器有效解決高數(shù)據(jù)傳輸?shù)难芯颗c實現(xiàn)

數(shù)據(jù)發(fā)送模塊

該模塊通過讀取上位機的狀態(tài)信息來發(fā)送不同的信息，當ACK使能時，該模塊發(fā)ACK，當數(shù)據(jù)使能時，該模塊就發(fā)送固定幀數(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備信號的接收，并實現(xiàn)CRC校驗，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，同時將幀的相關信息也放入相應的緩存中。

PCIE接口控制模塊該模塊主要根據(jù)PCIE總線上的地址對應的寄存器的值，譯碼成相應的使能把PCIE總線上數(shù)據(jù)寫入相應的數(shù)據(jù)發(fā)送buf-f，ACK發(fā)送buff反之根據(jù)邏輯輸入的使能，譯碼成對應的PCIE總線上對應地址的對應寄存器的值，并把數(shù)據(jù)接收的buffACK接收buff數(shù)據(jù)寫入相應的PCIE地址上。