引言
隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和科技的快速進(jìn)步,，近幾年,，光纖通信技術(shù)應(yīng)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(dāng)代通信領(lǐng)域的支柱技術(shù)，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(wù)種類越來越多,。
隨著存儲技術(shù)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(yīng)用于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋€關(guān)鍵技術(shù)問題是接口的設(shè)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(shè)計
完整的實現(xiàn)要包含PC機(jī)軟件編程,、Virtex-5開發(fā)板的底層鏈路實現(xiàn),。PC機(jī)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(jī)所定義的幀結(jié)構(gòu)的傳輸過程,。
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(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的組織,、具體的實現(xiàn)模塊的設(shè)計與編寫,、結(jié)合VirteX-5底層鏈路的貫通實現(xiàn)光纖通信接口適配器功能。
2．1 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)議進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟眉?，盡可能地有效利用協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),。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(jī)制：
有序集的檢測與識別,；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(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(shè)計
軟件實現(xiàn)的設(shè)計部分：GUI模塊設(shè)計,、設(shè)備抽象層的設(shè)計,、任務(wù)處理模塊的設(shè)計、FC的協(xié)議及物理功能模塊的設(shè)計,。
(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,。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,。本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，實現(xiàn)對上層的功能支持,。
(3)任務(wù)處理模塊的設(shè)計,。主要實現(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)分別需要保存各自的任務(wù)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(shè)計,。該部分主要描述任務(wù)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(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,。
②鏈路的注銷過程：當(dāng)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(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,。
(1)系統(tǒng)構(gòu)造邏輯設(shè)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(fù)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴蠈榆浖?br /> (2)邏輯設(shè)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(yīng)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,。
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?？臻e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(zhǔn)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(guān)信息也放入相應(yīng)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(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)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(yīng)的PCIE總線上對應(yīng)地址的對應(yīng)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(yīng)的PCIE地址上,。
2．4 最終實現(xiàn)
通過上位機(jī)與FPGA開發(fā)板的結(jié)合,，實現(xiàn)了光纖通道接口適配器的高速性。傳輸效果圖如圖4所示,。
通過上位機(jī)與FPGA開發(fā)板的結(jié)合,，模擬并實現(xiàn)了光纖通道在高速數(shù)據(jù)傳輸過程中接口處的設(shè)計。盡管該設(shè)計是上位機(jī)配合FPGA的形式實現(xiàn),，但僅就設(shè)計思路而言,，對于實際開發(fā)光纖通道接口適配器具有一定的借鑒意義。