0 引言

　　隨著FC網(wǎng)絡(luò)[1]的廣泛應(yīng)用，開發(fā)一套完整的FC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用解決方案尤為重要，同時在實施應(yīng)用解決方案的過程中需要構(gòu)建FC網(wǎng)絡(luò),，選定關(guān)鍵設(shè)備并對網(wǎng)絡(luò)進行功能檢測,、性能監(jiān)控，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定,、可靠運行[2],。

　　本文在協(xié)議分析、標(biāo)準(zhǔn)研究,、需求理解和芯片研制的基礎(chǔ)上,，突破系列關(guān)鍵技術(shù)，詳細說明了FC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)建原理及應(yīng)用設(shè)備,，提出了一種FC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用解決方案。

1 FC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

　　1.1 FC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

　　FC網(wǎng)絡(luò)通常由核心網(wǎng)絡(luò)及其輔助設(shè)備組成,。核心網(wǎng)絡(luò)包括交換機,、節(jié)點機和傳輸鏈路，配套設(shè)備包括FC網(wǎng)絡(luò)仿真,、FC網(wǎng)絡(luò)分析及FC網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)記錄設(shè)備,。

　　在構(gòu)建FC網(wǎng)絡(luò)過程中，根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用需求確定核心網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu),、網(wǎng)絡(luò)帶寬,、交換機數(shù)目、節(jié)點機類型及數(shù)目,、輔助設(shè)備類型及數(shù)目,。核心網(wǎng)絡(luò)可選拓撲結(jié)構(gòu)有點到點、仲裁環(huán)和交換式3種,，其中交換式是最具優(yōu)勢的拓撲結(jié)構(gòu),，具有通信帶寬高、可靠性高,、數(shù)據(jù)傳輸延遲小和擴展性好等優(yōu)點[3],。為支撐FC網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建及維護，可通過FC網(wǎng)絡(luò)配置工具生成配置表并加載到交換機和節(jié)點機上,，完成網(wǎng)絡(luò)配置,；通過FC網(wǎng)絡(luò)仿真設(shè)備模擬機載環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，進行地面環(huán)境下仿真實驗,；通過FC網(wǎng)絡(luò)分析設(shè)備監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)動態(tài)并捕獲,、分析數(shù)據(jù)；通過FC網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)記錄設(shè)備采集,、記錄網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù),。

　　1.2 應(yīng)用設(shè)備

　　圖1所示為一個典型的FC網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用解決方案。其中，方框區(qū)域為FC網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備,，圓框為FC網(wǎng)絡(luò)配套設(shè)備,。

　　1.2.1 網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備

　　(1)FC節(jié)點機作為應(yīng)用系統(tǒng)接入FC網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，負責(zé)消息的發(fā)送和接收,，完成將應(yīng)用系統(tǒng)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)封裝成FC幀發(fā)送至FC網(wǎng)絡(luò),，或?qū)腇C網(wǎng)絡(luò)接收到的FC幀轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)應(yīng)用所需要的數(shù)據(jù)。

　　(2)FC交換機作為信息交換的設(shè)備,，負責(zé)數(shù)據(jù)交換任務(wù),，接收源節(jié)點機發(fā)來的FC幀，按照配置表轉(zhuǎn)發(fā)給一個或多個目的節(jié)點,，實現(xiàn)各個節(jié)點間的互聯(lián)通信,。FC網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)：網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送方與接收方之間的物理通路，負責(zé)將信號從一方傳輸?shù)搅硪环健?/p>

　　1.2.2 網(wǎng)絡(luò)配套設(shè)備

　　(1)FC網(wǎng)絡(luò)配置：網(wǎng)絡(luò)配置指對整個FC網(wǎng)絡(luò)進行統(tǒng)一規(guī)劃部署,，以便完成網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點機之間的高效,、高可靠數(shù)據(jù)通信。

　　(2)FC網(wǎng)絡(luò)仿真：作為構(gòu)建機載網(wǎng)絡(luò)地面仿真系統(tǒng)必不可少的設(shè)備,，用于網(wǎng)絡(luò)仿真,、流量測試、時鐘同步和網(wǎng)絡(luò)管理[4],。

　　(3)FC網(wǎng)絡(luò)分析：作為FC網(wǎng)絡(luò)的測試設(shè)備,，用于對FC網(wǎng)絡(luò)進行測評[5]。

　　(4)FC網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)記錄：作為FC網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)記錄的設(shè)備,，用于將網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)進行記錄,，同時將用戶關(guān)心的數(shù)據(jù)進行采集。

2 FC應(yīng)用解決方案的實施

　　實施FC應(yīng)用解決方案的基礎(chǔ)是核心設(shè)備和配套設(shè)備的研制,，網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備主要采用基于FPGA的方式實現(xiàn),，但其系統(tǒng)功耗大、維護成本高,，且不能滿足軍用尤其是航空電子系統(tǒng)小型化,、低功耗、高性能,、高可靠,、高度綜合、復(fù)雜惡劣環(huán)境等應(yīng)用要求,。網(wǎng)絡(luò)配套設(shè)備主要依賴國外產(chǎn)品,，國內(nèi)目前處于初步研制階段。

　　針對某綜合處理系統(tǒng)對FC網(wǎng)絡(luò)的需求提出如圖2所示的應(yīng)用解決方案,。該方案由1個交換機和4個節(jié)點機組成,，4個節(jié)點機分別連接在交換機的通信端口,，構(gòu)成交換式網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。其中,，網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備FC節(jié)點機和交換機采用自研芯片實現(xiàn),；配套應(yīng)用設(shè)備采用基于自研芯片的FC-ASM仿真卡、FC總線分析儀及FC采集記錄器,，此方案應(yīng)用于地面仿真監(jiān)控,、協(xié)議分析、采集記錄,，實現(xiàn)了FC設(shè)備的自主保障功能,。

　　根據(jù)應(yīng)用需求使用FC網(wǎng)絡(luò)配置工具生成相應(yīng)的配置表并加載到交換機和節(jié)點機上，用于作為網(wǎng)絡(luò)通信的依據(jù),；在系統(tǒng)運行過程中若需要模擬飛行中的數(shù)據(jù)（如飛行高度,、速度、慣導(dǎo)等）,，則可通過FC-ASM仿真卡實現(xiàn),；在通信過程中若出現(xiàn)故障，如節(jié)點機3不能正常地進行數(shù)據(jù)通信,，則可以將FC總線分析儀串聯(lián)在出現(xiàn)故障的鏈路中，對鏈路中的故障進行分析測試,；若需要對整個網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)進行采集和記錄,，則可將FC采集記錄器連接到FC交換機的監(jiān)控端口，用戶可根據(jù)應(yīng)用需求,，對FC采集記錄器進行配置,，將用戶關(guān)心的數(shù)據(jù)（如飛機飛行高度、速度等信息）通過千兆以太網(wǎng)口實時地傳輸?shù)竭b測設(shè)備,，供用戶分析,；若FC網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)量較大，用戶不能同時對網(wǎng)絡(luò)上大量的數(shù)據(jù)進行分析,，采集記錄器能將網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)進行百分百記錄,，便于用戶事后分析。

　　2.1 網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備

　　2.1.1 FC節(jié)點機

　　FC節(jié)點機是網(wǎng)絡(luò)中的重要部件,，作為終端可以通過交換機或者直接和節(jié)點機通信,。此方案中FC節(jié)點機采用自研FC-ASM協(xié)議處理芯片實現(xiàn)。該芯片采用SMIC 0.13 ?滋m Logic工藝,、CBGA440封裝形式,、設(shè)計規(guī)模達到1730余萬門、芯片面積僅12.3×12.3 mm2,。其集成度高,、體積小,、可靠性高、功耗低,，滿足了航空電子系統(tǒng)應(yīng)用要求,。FC-ASM芯片主要功能及性能指標(biāo)如下：

　　(1)內(nèi)嵌高性能嵌入式微處理器，運行頻率250 MHz,、125 MHz可配置,；

　　(2)內(nèi)嵌專用FC-AE-ASM協(xié)議處理引擎，F(xiàn)C接口速率1.062 5 Gb/s,、2.125 Gb/s可配置,；

　　(3)對外提供PCIe/RapidIO可配置主機接口，PCIe支持1x,、4x模式,，通道速率為2.5 Gb/s，RapidIO支持1x,、4x模式,，速率1.25 Gb/s、2.5 Gb/s,、3.125 Gb/s可選擇,。

　　(4)支持雙余度FC接口，通信誤碼率≤10-12,；

　　(5)支持緊急消息,、周期消息、事件消息,、數(shù)據(jù)塊消息4種消息類型（緊急消息,、周期消息、事件消息簡稱非數(shù)據(jù)塊消息）,；

　　(6)非數(shù)據(jù)塊消息長度小于等于2 096 B,，數(shù)據(jù)塊消息長度小于等于16 MB；支持256條非數(shù)據(jù)塊消息,、16條數(shù)據(jù)塊消息,；

　　(7)支持時鐘同步、網(wǎng)絡(luò)管理功能,。

　　2.1.2 FC交換機

　　FC交換機是整個網(wǎng)絡(luò)的核心部件,，具有線速交換功能，是連接各個節(jié)點機的交通樞紐,。此方案中FC交換機采用自研FC-SW芯片實現(xiàn),。該芯片采用65 nm工藝，F(xiàn)C-CBGA625封裝形式,、設(shè)計規(guī)模達到3 000余萬門,，功能管腳約310個,。以其高集成度、高可靠性,、低功耗完成FC網(wǎng)絡(luò)高速無阻交換,、數(shù)據(jù)監(jiān)控、通信配置,、時鐘同步及網(wǎng)絡(luò)管理等功能,。FC-SW芯片的主要功能、性能指標(biāo)如下：

　　(1)支持46路通信端端口,；

　　(2)單端口傳輸速率2.125/1.062 5 Gb/s,；

　　(3)支持FC-2層幀的交換；

　　(4)支持單播,、多播和廣播功能,，最多支持255個多播組；

　　(5)具備廣播和多播端口屏蔽功能,；

　　(6)支持F端口功能,；

　　(7)支持四級E端口級聯(lián)，2個交換芯片之間最多可配置6個E端口,；

　　(8)支持可配置的2級或者4級優(yōu)先級,；

　　(9)支持可選的快速啟動能力，快速啟動模式下單播和廣播功能準(zhǔn)備時間小于1 s,；

　　(10)交換機端到端技術(shù)延遲小于2

　　(11)支持物理端口與邏輯端口的動態(tài)映射,；提供F端口工作狀態(tài)指示；

　　(12)支持F端口獨立上下線使能控制,。

　　2.1.3 傳輸介質(zhì)

　　光纖是常用的FC網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì),，按照光在光纖中的傳輸模式分為多模光纖和單模光纖,。多模光纖最為常見,，但其有效傳輸范圍是0～500 m；單模光纖直徑小,，使得光信號不易損耗,，所以傳輸距離較遠，但價格昂貴,。在此應(yīng)用解決方案中,，依據(jù)用戶使用環(huán)境，短距離傳輸使用多模光纖,，長距離傳輸使用單模光纖,。

　　2.2 網(wǎng)絡(luò)配套設(shè)備

　　2.2.1 FC-ASM仿真卡

　　此方案中FC網(wǎng)絡(luò)仿真設(shè)備采用基于自研芯片的FC-ASM仿真卡。其與市場上同類型產(chǎn)品相比功耗減小到60%,，體積減小到50%,，重量減輕到60%,，且FC鏈路速率可配置，使用靈活,，顯著提高了功能,、性能、可靠性,。此外提供配套應(yīng)用軟件具有友好的人機交互界面,，可直觀地給出仿真結(jié)果，為網(wǎng)絡(luò)通信綜合提供參考依據(jù)[6],。FC-ASM仿真卡的主要功能,、性能指標(biāo)如下：

　　(1)支持FC-AE-ASM協(xié)議；

　　(2)實現(xiàn)1.062 5 Gb/s或2.125 Gb/s的FC鏈路,；

　　(3)全雙工通信,，誤碼率≤10-12；

　　(4)支持點到點和交換拓撲結(jié)構(gòu),；

　　(5)可配置仿真消息參數(shù)和信號參數(shù),；

　　(6)可監(jiān)控發(fā)送/接收流量并以曲線形式顯示當(dāng)前發(fā)送/接收流量趨勢圖；

　　(7)可統(tǒng)計發(fā)送/接收消息總數(shù)和執(zhí)行時間等信息,；

　　(8)支持數(shù)據(jù)回放功能,。通過數(shù)據(jù)回放功能發(fā)送接收到的數(shù)據(jù)，對接收到的數(shù)據(jù)進行檢查,；

　　(9)主機接口：支持PCI/PCIe/CPCI接口,。

　　2.2.2 FC總線分析儀

　　此方案中FC網(wǎng)絡(luò)分析設(shè)備采用自研的FC總線分析儀，該分析儀可同時對6路1.062 5 Gb/s/2.125 Gb/s FC鏈路數(shù)據(jù)進行監(jiān)控和分析,、故障注入,、流量測試和壓力測試，并提供配套應(yīng)用軟件實時顯示FC鏈路狀態(tài)和錯誤統(tǒng)計信息,，為FC網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)開發(fā)及故障診斷提供支撐[7],。FC總線分析儀結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

　　FC總線分析儀使用時串聯(lián)在需要測試的鏈路中,，當(dāng)數(shù)據(jù)通過FC總線分析儀時,，數(shù)據(jù)采集模塊會將鏈路中的數(shù)據(jù)復(fù)制一份交給數(shù)據(jù)處理模塊，而不影響網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的正常通信,。數(shù)據(jù)處理模塊接收到數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)提交給PC機,，PC機通過配套應(yīng)用軟件對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進行解析，并將解析結(jié)果實時顯示,。

　　2.2.3 FC采集記錄器

　　此方案中FC網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)記錄設(shè)備采用自研FC采集記錄器,，該設(shè)備用于將網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)進行百分百記錄，同時將用戶關(guān)心的數(shù)據(jù)進行采集,。FC采集記錄器可對接收到的FC幀進行完整性檢測,，并根據(jù)事先設(shè)定的過濾條件對FC幀進行篩選過濾,，符合要求的FC幀被附加上幀到達時刻的時間標(biāo)記，按照IRIG106第十章的標(biāo)準(zhǔn)進行數(shù)據(jù)打包,，然后存儲在采集記錄器的電子盤中,，同時在FC幀數(shù)據(jù)中選擇用戶關(guān)心的參數(shù)，通過千兆以太網(wǎng)均衡流量輸出,，實現(xiàn)實時監(jiān)控,。可通過卸載設(shè)備卸載電子盤中的數(shù)據(jù),，以便用戶進行數(shù)據(jù)分析和處理,。FC采集記錄器的主要功能和性能指標(biāo)如下：

　　(1)符合FC-AE-ASM協(xié)議；

　　(2)具有采集和記錄功能,；

　　(3)支持FC幀篩選過濾機制,，篩選過濾條件可配置；

　　(4)提供IRIG-B/IEEE1588時碼,；

　　(5)數(shù)據(jù)存儲接口采用SATA標(biāo)準(zhǔn)總線接口,，記錄數(shù)據(jù)格式符合IRIG106-10標(biāo)準(zhǔn)；

　　(6)提供掉電保護功能,，保證當(dāng)前接收數(shù)據(jù)能及時完整性的存盤,；

　　(7)具有硬件看門狗、開機整機自動測試,、自動故障檢測功能,；

　　(8)可將用戶關(guān)心的參數(shù)通過千兆以太網(wǎng)均衡流量輸出，進行實時監(jiān)控,；

　　(9)提供卸載設(shè)備,，用于卸載電子盤中的數(shù)據(jù)，以便用戶進行數(shù)據(jù)分析和處理,。

　　FC采集記錄器內(nèi)部原理圖如圖4所示,。其工作流程如下：

　　用戶根據(jù)應(yīng)用需求，通過專用編程檢查裝置,，將用戶配置寫入設(shè)備中,，光纖數(shù)據(jù)接收模塊接收到來自FC光纖通信網(wǎng)絡(luò)交換機的數(shù)據(jù)后,，將數(shù)據(jù)復(fù)制為兩份,，一份根據(jù)用戶配置信息，將用戶關(guān)心的數(shù)據(jù)進行挑選傳輸?shù)街骺刂破髂K,，主控制器模塊接收到數(shù)據(jù)后通過千兆網(wǎng)口整形輸出到遙測設(shè)備,；另一份數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理模塊接收到數(shù)據(jù)后,，將數(shù)據(jù)全部記錄到高速固態(tài)存儲模塊中,。在設(shè)備使用的過程中用戶可使用遠程控制單元使能或禁止數(shù)據(jù)的記錄,。

3 小結(jié)

　　針對不同型號及實驗室環(huán)境下FC網(wǎng)絡(luò)研制的技術(shù)需求，本文提出了一種FC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用解決方案,，詳細說明了FC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)建原理及應(yīng)用設(shè)備,。該方案能夠滿足新一代機載FC網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的分析、采集,、記錄,、仿真等各種需求，應(yīng)用于協(xié)議分析,、機載試飛,、地面監(jiān)控、地面仿真,、綜合測試等領(lǐng)域,。

　　本文所提出的FC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用解決方案已經(jīng)成功運用在實際工程中，功能,、性能穩(wěn)定可靠,，具有自主知識產(chǎn)權(quán)，實現(xiàn)了我國機載FC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的自主保障,、自主發(fā)展,，為產(chǎn)品開發(fā)、系統(tǒng)設(shè)計和系統(tǒng)綜合驗證等完整的FC網(wǎng)絡(luò)總線技術(shù)體系和產(chǎn)品體系打下了堅實的基礎(chǔ),。

　　參考文獻

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