基于PowerPC的光纖通道接口卡設(shè)計(jì)

摘要：介紹了模塊化光纖通道協(xié)議功能。采用新一代嵌入式處理器PowerPC440，搭建光纖通道接口卡的SOPC系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了光纖通道協(xié)議的基本功能，為基于PowerPC的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用提供了參考。
關(guān)鍵詞：PowerPC440；光纖通道接口卡；可編程片上系統(tǒng)

引言
現(xiàn)階段，主流的高性能光纖通道通用產(chǎn)品基本上被Qloglc、Morethan、DDC等少數(shù)幾家國(guó)外大公司壟斷，其昂貴的價(jià)格，加上一些發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)的封鎖，使得國(guó)內(nèi)的光纖通道技術(shù)發(fā)展受到了一定程度的影響。因此，對(duì)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專用光纖通道芯片的研究就顯得尤為重要。
目前，大多嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)都采用ARM處理器或軟核處理器，而對(duì)于處理能力更強(qiáng)大的PowerPC處理器卻沒(méi)有更深入的研究和廣泛的應(yīng)用，對(duì)于 Xilinx公司的嵌入式處理器PowerPC440的應(yīng)用性研究也非常少見(jiàn)。本文基于PowerPC440硬核，對(duì)嵌入式技術(shù)在光纖通道網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用進(jìn)行了一些探索。

1 設(shè)計(jì)方案
光纖通道協(xié)議(以下簡(jiǎn)稱FC協(xié)議)支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但由于交換機(jī)價(jià)格昂貴，在實(shí)際應(yīng)用中還未普及。相對(duì)而言，簡(jiǎn)單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)拓?fù)浜托詢r(jià)比較高的仲裁環(huán)拓?fù)湓诂F(xiàn)階段更為適用。本文即針對(duì)這兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在深入分析FC協(xié)議的基礎(chǔ)上采用模塊化的思想對(duì)功能作了劃分，
如圖1所示。其中由虛線框標(biāo)識(shí)的序列／交換管理模塊由軟件實(shí)現(xiàn)。


接收數(shù)據(jù)：
①接收通道從光接收機(jī)接收其輸出的串行信號(hào)，經(jīng)過(guò)串并轉(zhuǎn)換、8位／10位解碼、8：32解復(fù)用后，將沒(méi)有錯(cuò)誤的字傳給接收控制模塊。
②接收控制模塊對(duì)接收通道接收的信息進(jìn)行分流，將原語(yǔ)序列交給相應(yīng)的狀態(tài)機(jī)，將數(shù)據(jù)放入接收緩存后通知序列／交換管理模塊。
③交換管理邏輯將根據(jù)幀頭內(nèi)容和交換管理塊的內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步的高層次的差錯(cuò)檢驗(yàn)和交換／序列管理，并且等序列接收完成后通知上層取數(shù)據(jù)。
發(fā)送數(shù)據(jù)：
①當(dāng)上層需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，首先給光纖通道接口控制模塊發(fā)送命令。接口控制模塊根據(jù)命令的內(nèi)容取出數(shù)據(jù)，并結(jié)合命令參數(shù)將數(shù)據(jù)打包成幀后通知發(fā)送控制模塊。
②發(fā)送控制模塊根據(jù)一定的規(guī)則控制不同的數(shù)據(jù)源分時(shí)使用發(fā)送通道，數(shù)據(jù)源包括發(fā)送緩沖區(qū)的幀、狀態(tài)機(jī)發(fā)出的原語(yǔ)序列和原語(yǔ)信號(hào)。
③發(fā)送通道將從
接收控制模塊接收到的字進(jìn)行分解，再對(duì)并行的字節(jié)信息經(jīng)過(guò)8位／10位編碼、并串轉(zhuǎn)換發(fā)送給光發(fā)射機(jī)。
其中環(huán)／端口控制模塊實(shí)現(xiàn)環(huán)初始化狀態(tài)機(jī)、環(huán)／端口狀態(tài)機(jī)、原有端口狀態(tài)機(jī)功能。根據(jù)原語(yǔ)信號(hào)和原語(yǔ)序列的不同，系統(tǒng)或進(jìn)入原有端口狀態(tài)機(jī)進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸過(guò)程，或進(jìn)入環(huán)端口狀態(tài)機(jī)進(jìn)行仲裁環(huán)傳輸過(guò)程。
從總體上看，硬件應(yīng)該負(fù)責(zé)幀級(jí)別的管理，軟件應(yīng)該負(fù)責(zé)序列和交換級(jí)別的管理。軟硬件接口采用共享存儲(chǔ)器與寄存器的設(shè)計(jì)思想。系統(tǒng)硬件部分與軟件部分通過(guò)讀寫共享的幀緩存及接口寄存器實(shí)現(xiàn)信息交互。

2 基于PowerPC的SOPC系統(tǒng)搭建
本設(shè)計(jì)采用Xilinx公司的Virtex-5 FXT系列開(kāi)發(fā)板為開(kāi)發(fā)平臺(tái)。此開(kāi)發(fā)板集成了兩個(gè)嵌入式PowerPC440RISC核，同時(shí)具有靈活的存儲(chǔ)器管理單元(MMU)，3個(gè)相互獨(dú)立的128位PLB總線接口，獨(dú)立的32 KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和32 KB的指令存儲(chǔ)器，4個(gè)直接存儲(chǔ)器存儲(chǔ)(DMA)控制單元，以及設(shè)備控制寄存器(DCR)等。其中PowerPCA40處理器具有高達(dá)500 MHz的速度，采用IP嵌入架構(gòu)的形式整合到FPGA器件中，增強(qiáng)型BOOK-E體系結(jié)構(gòu)，內(nèi)部包括一個(gè)具有7級(jí)流水線的微內(nèi)核，每周期最多可執(zhí)行兩條命令，從而提高了整體的吞吐量。PLB總線采用36位地址路徑，可提供64 GB的內(nèi)存尋址能力。