基于光纖通道的IEEE1394光信號傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：應(yīng)IEEE1394同光纖通道總線的互聯(lián)需求，設(shè)計(jì)了一種基于光纖通道的IEEE1394光信號傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)以基于現(xiàn)場可編程邏輯陣列(FPGA)設(shè)計(jì)的協(xié)議映射模塊為核心，實(shí)現(xiàn)了將IEEE1394信號通過光纖通道進(jìn)行傳輸?shù)墓δ堋７抡娼Y(jié)果表明，該系統(tǒng)能達(dá)到1．062 5 Gb／s的工作速率。
關(guān)鍵詞：光纖通道；IEEE1394；FPGA；協(xié)議轉(zhuǎn)映射

航空電子系統(tǒng)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，正在經(jīng)歷從模擬化向數(shù)字化系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變，逐步跨入第4代航空電子系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)就是在第3代基礎(chǔ)上，以高速大容量的信息交換為基礎(chǔ)，從綜合化向高度綜合化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)資源共享與數(shù)據(jù)融合，其任務(wù)劃分、模塊分配和作業(yè)調(diào)度，都依賴于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能，這些性能包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、傳輸帶寬、可靠性及數(shù)據(jù)延遲性能等。因此，未來先進(jìn)航空電子系統(tǒng)中各站點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流將更為復(fù)雜，包括射頻、視頻等大流量數(shù)據(jù)，有的節(jié)點(diǎn)速率需求將超過1 Gb／s，而現(xiàn)有的低速數(shù)據(jù)總線很難滿足如此高速的數(shù)據(jù)傳輸要求。
美國國家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)于1988年開始制定的光纖通道(Fiber Channel，F(xiàn)C)是一種高速串行總線協(xié)議，不僅具有高帶寬、高可靠性、低延時(shí)、傳輸距離遠(yuǎn)、拓?fù)潇`活的優(yōu)點(diǎn)，而且支持多種上層傳輸協(xié)議。光纖通道的這一優(yōu)點(diǎn)使得在同一物理接口上運(yùn)行多種上層通道標(biāo)準(zhǔn)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議成為可能。目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的ML-STD-1553到光纖通道協(xié)議的映射，以及ML-STD-1553遠(yuǎn)程終端器件與光纖通道互聯(lián)方案的系統(tǒng)綜合，為未來航空電子系統(tǒng)中不同總線的互連提供了一條新的途徑，使得系統(tǒng)在保留傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蛥f(xié)議的同時(shí)，獲得光纖通道所提供的高帶寬服務(wù)。
基于此設(shè)計(jì)思想，本文提出了一種IEEE1394到光纖通道傳輸協(xié)議的映射方案，在此工作基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)場可編程邏輯陣列(FPGA)，對所提出的協(xié)議映射方案進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于FC的IEEE1394光信號傳輸系統(tǒng)。

1 IEEE1394到光纖通道的協(xié)議映射
首先簡要介紹本文提出的一種IEEE1394到光纖通道傳輸協(xié)議的映射方案，更詳細(xì)的說明可參考文獻(xiàn)。所提協(xié)議映射方案的基本思想是：在IEEE1394到FC數(shù)據(jù)包的映射過程中，保留FC原來的幀格式形式，將FC幀頭部分中源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的地址分別映射為IEEE1394源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的地址，并將IEEE1394數(shù)據(jù)包中除了數(shù)據(jù)域外的其他信息映射到FC的64 Byte可選幀頭上，數(shù)據(jù)域的信息映射到FC的有效數(shù)據(jù)區(qū)。此外，由于FC一個(gè)數(shù)據(jù)幀的有效數(shù)據(jù)區(qū)長度只有2 048 Byte，而在通道傳輸速率大于200 Mb／s，IEEE1394的等時(shí)數(shù)據(jù)包或傳輸速率大于400 Mb ／s時(shí)，異步數(shù)據(jù)包的最大有效長度將超出FC有效數(shù)據(jù)區(qū)的大小。因此，當(dāng)IEEE1394數(shù)據(jù)包的長度超出了FC有效數(shù)據(jù)區(qū)長度時(shí)，應(yīng)該將該數(shù)據(jù)包映射成一個(gè)連續(xù)的FC數(shù)據(jù)幀序列。下面以IEEE1394異步數(shù)據(jù)包到FC數(shù)據(jù)幀的映射為例，說明兩種協(xié)議的映射過程。
IEEE1394異步數(shù)據(jù)包及FC數(shù)據(jù)幀格式如圖1，圖2所示。圖3為IEEE1394數(shù)據(jù)幀到光纖通道幀格式映射關(guān)系。