FPGA的光纖通道接口控制芯片設計

摘 要 為了滿足存儲網(wǎng)絡和下一代航空電子系統(tǒng)對光纖通道網(wǎng)絡的需求，提出了一種新的光纖通道網(wǎng)絡接口控制芯片的設計方案。用 Verilog實現(xiàn)了接口控制芯片的RTL設計并完成了功能仿真和驗證，通過嵌入式PowerPC完成了接口控制芯片的控制軟件設計。以Xilinx公司的Virtex-II Pro系列FPGA為平臺，實現(xiàn)了接口控制芯片原型。
關鍵詞 光纖通道 FPGA 接口控制芯片 嵌入式 PowerPC

引 言
作為通道技術和網(wǎng)絡技術結合的產(chǎn)物，光纖通道(fibre channel)是一種具有高實時性、高可靠性、高帶寬，高性價比的開放式網(wǎng)絡。任何需要接入到光纖通道網(wǎng)絡的設備都需要相應的網(wǎng)絡接口卡(NAC)，而網(wǎng)絡接口卡的核心是接口控制芯片。目前市場上商用的光纖通道接口控制芯片寥寥可數(shù)且價格昂貴，并且核心技術都掌握在國外公司；而軍用的光纖通道接口控制芯片更由于眾所周知的原因在市場上根本就買不到。因此，根據(jù)光纖通道標準設計出擁有自主知識產(chǎn)權的光纖通道網(wǎng)絡接口控制芯片，對于我國的經(jīng)濟和軍事發(fā)展具有極其重要的意義。
由于光纖通道標準是一簇十分龐大而復雜的協(xié)議，不同的特性適用于不同的應用環(huán)境；又因為光纖通道標準目前仍處于發(fā)展階段，標準的內(nèi)容還在做不停的變化，因此選用FPGA作為當前接口控制芯片的載體是一個非常合適的選擇。一方面對于不同的應用環(huán)境，可以對相應的功能模塊進行適當?shù)牟脺p，既能滿足應用需要又能降低成本；另一方面對于協(xié)議的變化，基于FPGA的實現(xiàn)也很容易就能對老版本設計進行更新。

1 協(xié)議分析
和OSI參考模型類似，光纖通道協(xié)議簇也是以分層的方式來組織各個協(xié)議的。其分層模型如圖1所示。

作為數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，光纖通道支持許多上層協(xié)議，包括VIA、SCSI、IPv4、IPv6、SBCCS、ASM等。在為這些協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)之前，需要先將待發(fā)送的數(shù)據(jù)映射成規(guī)定的格式，F(xiàn)C-4層實現(xiàn)這一映射，對于每一個支持的上層協(xié)議，都有一個映射協(xié)議與之相對應。
FC-3層是一個通用服務層，為映射層協(xié)議提供一系列通用服務。比較重要的幾個服務包括：交換注冊、端口注冊和注銷服務。
FC-2層是光纖通道協(xié)議中最重要的一層，定義了將數(shù)據(jù)塊進行端到端傳輸?shù)囊?guī)則和機制，包括不同類型的服務、幀格式定義、序列的分片和重裝、交換管理、地址分配和多播管理等。
FC-1層定義了串行編碼和解碼規(guī)范，規(guī)定使用8B／10B編碼。
FC-0層是光纖通道協(xié)議的物理層規(guī)范，定義了發(fā)射機、接收機、傳輸介質(zhì)以及它們之間的接口規(guī)范。傳輸速率也在這里定義。

2 設計方案
通過對協(xié)議的分析得出，映射層協(xié)議和具體應用環(huán)境密切相關，應該由用戶自己實現(xiàn)。接口控制芯片在邏輯上可以分成三部分，即通用服務模塊、端到端IU傳輸和緩沖到緩沖幀傳輸；在實現(xiàn)方式上又可以分為軟件部分和硬件部分。接口控制芯片系統(tǒng)框圖如圖2所示。