基于上位机与FPGA开发板的光纤通道接口适配器

     随着存储技术的迅速进展，存储容量得到了迅速的增长，存储系统的数据传输速度成为了主要的瓶颈。光纤光纤

　　光纤是一种传输介质，是依照光的全反射的原理制造的。光纤是一种将讯息从一端传送到另一端的媒介，是一条以玻璃或塑胶纤维作为让讯息通过的传输媒介。通常光纤与光缆两个名词会被混淆。多数光纤在使用前必须由几层守护结构包覆，包覆后的缆线即被称为光缆。光纤外层的守护结构可防止周遭环境对光纤的损害，如水，火，电击等。光缆分为：光纤、缓冲层及披覆。光纤和同轴电缆相似，只是没有网状屏蔽层。中心是光传播的玻璃芯。在多模光纤中，芯的直径是15mm~50mm， 大致与人的头发的粗细相当。而单模光纤芯的直径为8mm~10mm。芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套， 以使光纤保持在芯内。再外面的是一层薄的塑料外套，用来守护封套。光纤通常被扎成束，外面有外壳守护。 纤芯通常是由石英玻璃制成的横截面积很小的双层同心圆柱体，它质地脆,易断裂,因此需要外加一守护层。 [全文]

的传输具有其速度上的优势，然而，在光纤光纤

　　光纤是一种传输介质，是依照光的全反射的原理制造的。光纤是一种将讯息从一端传送到另一端的媒介，是一条以玻璃或塑胶纤维作为让讯息通过的传输媒介。通常光纤与光缆两个名词会被混淆。多数光纤在使用前必须由几层守护结构包覆，包覆后的缆线即被称为光缆。光纤外层的守护结构可防止周遭环境对光纤的损害，如水，火，电击等。光缆分为：光纤、缓冲层及披覆。光纤和同轴电缆相似，只是没有网状屏蔽层。中心是光传播的玻璃芯。在多模光纤中，芯的直径是15mm~50mm， 大致与人的头发的粗细相当。而单模光纤芯的直径为8mm~10mm。芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套， 以使光纤保持在芯内。再外面的是一层薄的塑料外套，用来守护封套。光纤通常被扎成束，外面有外壳守护。 纤芯通常是由石英玻璃制成的横截面积很小的双层同心圆柱体，它质地脆,易断裂,因此需要外加一守护层。

传输要受到光纤通道接口的限制，因此光纤通道应用于高速数据传输的一个要害技术问题是接口的设计问题，本文对有效地解决高数据传输在接口处的瓶颈具有现实意义。

　　1 方案设计

　　完整的实现要包含PC机软件编程、Virtex-5开发板开发板

　　开发板是基于单片机来进行系统开发的电路板，通常是由开发者根据具体需要来定制或者设计的。开发板是一套硬件系统，包括了微处理器、存储器、输入设备、输出设备、数据通路和外部资源接口等。 [全文]

的底层链路实现。PC机的软件编写主要实现链路的创建注销操纵、数据的组帧、数据的传输操纵、传输过程中的显示;VirteX-5开发板开发板

　　开发板是基于单片机来进行系统开发的电路板，通常是由开发者根据具体需要来定制或者设计的。开发板是一套硬件系统，包括了微处理器、存储器、输入设备、输出设备、数据通路和外部资源接口等。

主要实现数据的链路贯穿、支持上位机所定义的帧结构的传输过程。

　　如图1所示，接口适配器适配器

　　适配器通俗一点说就是一种起中间连接作用的配件，使用这种配件的作用在于简化主机的硬件设计，增加主机的通用性和灵活性。 [全文]

功能实现过程主要包含协议的正确理解，按照协议的帧结构和数据结构的组织、具体的实现模块的设计与编写、结合VirteX-5底层链路的贯穿实现光纤通信光纤通信

　　以光导纤维为传输介质的通信方式。

接口适配器适配器

　　适配器通俗一点说就是一种起中间连接作用的配件，使用这种配件的作用在于简化主机的硬件设计，增加主机的通用性和灵活性。

功能。

　　2 设计的具体实现

　　2.1 协议的分析与与裁剪

　　针对不同的应用环境应当对FC协议进行适当的裁剪，尽可能地有效利用协议标准。FC协议是一个具有五层组成的协议体系。包括：FC-0层、FC-1层、FC-2层、FC-3层、FC-4层。

　　各层的功能分别为：

　　(1)：FC-O：主要规定了物理接口，包含传输介质，收发器及接口等。

　　(2)FC-1：8 B/10 B编码;串化解串;比特与字同步。

　　(3)FC-2规定了光纤通道的传输机制：

　　有序集的检测与识别;FC端口状态机;帧的发送与接收，帧接收时要进行有效性彻查;流量操纵;帧治理;交换与序列治理;数据帧与响应;多播与广播;分段与重组;差错检测与回复。

　　(4)FC-3：基本链路服务;扩展链路服务;查询组。

　　(5)FC-4：映射上层协议，本文主要是映射MILSTd-1553B协议。

　　2.2 软件编程中各模块的代码的设计

　　软件实现的设计部分：GUI模块设计、设备抽象层的设计、任务处理模块的设计、FC的协议及物理功能模块的设计。

　　(1)GUI部分主要是显示作用，可以对接口适配器的相关参数进行设置和界面显示。GUI模块设计内容有：整体界面、链路参数区、链路建立区、信息显示区。

　　(2)设备抽象层的设计。该部分在于屏蔽下层不同物理设备间的差异;提供较为简便的方式，使上层模块同逻辑进行通信。本层需要提供对上层支持的设备操作接口及在内部通过封装WinDriver驱动提供的功能接口，实现对上层的功能支持。

　　(3)任务处理模块的设计。主要实现对链路和数据各自的不同的任务操作情况。链路数据区与文件数据区分别需要保存各自的任务数据及状态，另外，它是 GUI模块变更LIST的依据，从而还需要保存下层协议所具备的状态及数据。

　　(4)FC协议及物理功能模块的设计。该部分主要描述任务发送协议与链路建立协议。

　　①链路建立的注册过程：数据传输前，需要通过注册建立发送端与接收端的链路。首先，发送端把待注册的地址ID等信息嵌入帧信息中，发送帧信息给接收端;然后，接收端收到帧信息后，解读出相关的信息，若符合帧的完整性等彻查，则两端建立链路。若不满足相关彻查则终止该次注册过程。

　　②链路的注销过程：当需要注销链路时，首先，发送端把待注销的地址ID等信息嵌入帧信息中，发送帧信息给接收端;然后，接收端收到帧信息后，解读出相关的信息，若符合帧的完整性等彻查，则两端注销链路，若不满足相关彻查则终止该次注销过程。

　　③数据传输过程：数据传输是链路建立的根本目的，简化的数据传输过程如图2所示。

　　2.3 Virtex-5开发板的底层保证

　　(1)系统构造逻辑设计主要完成以下几点功能：

　　操纵PCIE硬核实现与上层软件交互;对上层传输数据加CRC校验;完成FC链路初始化过程;完成FC流控功能;完成FC-2差错处理;操纵ROCKET I/O把上层软件数据通过ROCKET I/O发送;操纵ROCKET、I/O把接收恢复的数据传输到上层软件。

　　(2)逻辑设计的模块组成：底层逻辑操纵模块主要完成FC物理层通信，它主要包括发送模块、接收模块接收模块

　　接收模块的工作电压为5伏，静态电流4毫安，它为超再生接收电路，接收灵敏度为－105dbm，接收天线最好为25～30厘米的导线，最好能竖立起来。接收模块本身不带解码集成电路，因此接收电路仅是一种组件，只有应用在具体电路中进行二次开发才能发挥应有的作用，这种设计有很多优点，它可以和各种解码电路或者单片机配合，设计电路灵活方便。 [全文]

和PCIE操纵模块三部分，每个模块又根据功能不同划分多个子模块，在PCIE操纵模块中，有一些缓存来存放接收模块接收模块

　　接收模块的工作电压为5伏，静态电流4毫安，它为超再生接收电路，接收灵敏度为－105dbm，接收天线最好为25～30厘米的导线，最好能竖立起来。接收模块本身不带解码集成电路，因此接收电路仅是一种组件，只有应用在具体电路中进行二次开发才能发挥应有的作用，这种设计有很多优点，它可以和各种解码电路或者单片机配合，设计电路灵活方便。

传送过的数据和相应的数据信息，发送模块也会从PCIE操纵模块的缓存中读取数据传送出去，其原理框图如图3所示。

　　数据发送模块 该模块通过读取上位机的状态信息来发送不同的信息，当ACK使能时，该模块发ACK，当数据使能时，该模块就发送固定帧数的数据，发送的数据是从缓存中读取，CRC由该模块添加。空闲时就发送IDLE码。

　　数据接收模块 接收模块包括接收操纵模块、CRC模块和临时缓存模块。主要完成数据和链路操纵帧以及预备信号的接收，并实现CRC校验，根据帧头来推断不同类型的数据帧或操纵帧，并存入缓存中，同时将帧的相关信息也放入相应的缓存中。

　　PCIE接口操纵模块 该模块主要根据PCIE总线总线

　　总线是将信息以一个或多个源部件传送到一个或多个目的部件的一组传输线。通俗的说，就是多个部件间的公共连线，用于在各个部件之间传输信息。人们经常以MHz表示的速度来描述总线频率。 [全文]

上的地址对应的寄存器的值，译码成相应的使能把PCIE总线总线

　　总线是将信息以一个或多个源部件传送到一个或多个目的部件的一组传输线。通俗的说，就是多个部件间的公共连线，用于在各个部件之间传输信息。人们经常以MHz表示的速度来描述总线频率。

上数据写入相应的数据发送buf-f，ACK发送 buff反之根据逻辑输入的使能，译码成对应的PCIE总线上对应地址的对应寄存器的值，并把数据接收的buffACK接收buff数据写入相应的PCIE地址上。

　　2.4 最终实现

　　通过上位机与FPGAFPGA

　　现场可编程逻辑门阵列（FPGA, Field Programmable Gate Array），是一个含有可编辑元件的半导体设备，可供使用者现场程式化的逻辑门阵列元件。FPGA是在PAL、GAL、CPLD等可编辑器件的基础上进一步进展的产物。 [全文]

开发板的结合，实现了光纤通道接口适配器的高速性。传输效果图如图4所示。

　　3 结语

　　通过上位机与FPGA开发板的结合，模拟并实现了光纤通道在高速数据传输过程中接口处的设计。尽管该设计是上位机配合FPGA的形式实现，但仅就设计思路而言，对于实际开发光纤通道接口适配器具有一定的借鉴意义。

  来源:安静的云朵

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