可配置FPGA的光纤通道数据接口卡制造技术

本实用新型专利技术公开了一种光纤通信传输技术领域的可配置FPGA的光纤通道数据接口卡,它包括第一参考时钟芯片、第二参考时钟芯片，还包括中央处理器、光收发器、PCI-Express接口、FPGA现场可编程门阵列，第一参考时钟芯片、第二参考时钟芯片均与中央处理器连接，中央处理器、PCI-Express接口、光收发器均与FPGA现场可编程门阵列连接；FPGA现场可编程门阵列包括FC数据处理器、数据缓存、PCI-Express处理器、工作状态寄存器组,FC数据处理器、数据缓存和PCI-Express处理器均与工作状态寄存器组连接,FC数据处理器连接数据缓存,数据缓存连接PCI-Express处理器。它可以实现Gbs级的数据传输,实现高精度、实时大数据采集,实现光纤网络的监控和仿真作业。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
可配置FPGA的光纤通道数据接ロ卡
本技术涉及光纤通信传输
，具体说是ー种光纤通信測量、控制或信号传输数据接口装置。
技术介绍
光纤通信，是利用光导纤维传输信号，以实现信息传递的ー种通信方式。一对单模光导纤维可以同时开通35000个电话，和电通信相比具有传输频带宽、传输损耗低、损耗均匀且不受温度的影响、抗干扰能力强、保真度高、信号保密度高、工作可靠度高等特点，其采用的高速串行能力的传输协议，具有高可靠性、高带宽、实时性高的特点。随着光纤技术的进步，特别是无水峰的全波窗ロ光纤的发展，从1280nm到1625nm的广阔的光频范围内，都能实现低损耗、低色散传输，传输容量呈几百倍、几千倍甚至上万倍的增长。同时光纤通信采用点对点、星形、链状、环形网络拓扑结构，中间设备少，不需要进行复杂的协议转换。正是如此，光纤通信系统逐渐成为主流通信系统。目前，我国已经建成以光纤网络为基础的骨干网和城域网。随着本地光纤网络和3G或者4G移动通信光纤网络建设的推迸，我国的光纤通信领域还有很大的发展空间。波分复用(WDM)和波长转换技术是光纤通信的核心技木。波分复用(WDM)是将两种或多种不同波长的光载波信号在发送端经复用器(Multiplexer)汇合在一起，并耦合到光纤通信线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器(Demultiplexer)将各种波长的光载波信号分离，再由光接收机作进ー步处理以恢复原信号。波长转换技术是将从波分复用终端或其他设备来的光信号进行转换，将非匹配波长上的光信号转到符合要求的波长上，从而实现信号从ー个波长向另一个波长的转换。在含有波长转换的网络中，光通道能通过在不同的链路上用不同的波长建立，从而大大提高网络的灵活性，消除光通道的波长冲突，有利于网络的运行、管理和维护。光纤通信系统不仅包括基础的硬件系统，还包括监控管理系统，其主要功能是对组成光纤通信系统的各种连接设备进行性能和工作状态的监测，发生故障时会自动告警并予以处理，对保护倒换系统实行自动控制。同时它还可以实现对数据的实时显示和存储，以及对存储的数据进行即时分析处理。监控管理系统不仅可以接收光端机发送的光纤通道数据，还可以直接与另ー个光纤网络终端进行互连。光纤通信系统的运行和监控功能主要是通过光纤通道数据接ロ卡来实现。光纤通道数据接ロ卡的系统功能和电路逻辑比较复杂，需要较多的可配置逻辑块。这种可配置性主要通过FPGA现场可编程门阵列来实现，设计工程师利用FPGA上的资源将许多系统功能配置到器件的逻辑电路上，缩减系统电路板上的电路数量，设计工程师还可以利用FPGA的可配置特性来更改逻辑以増加或移除功能、修补逻辑漏洞或者改善性能。光纤通道数据接ロ卡采用的FPGA现场可编程门阵列包括光纤通道数据处理模块、数据缓存、和计算机连接的总线控制模块、光纤通道数据存储卡工作状态寄存器组。其中设计工程师可对光纤通道数据处理模块、和计算机连接的总线控制模块进行配置，通过配置调整实现逻辑，使各个模块处于最佳的工作状态，増加FPGA各模块工作的协调性和稳定性，进而提高FPGA的整体性能。还通过配置光纤通道数据接ロ卡，来适应所在的光线通道网络，消除实际应用中发现的问题，从而最大程度地满足光纤网络的运行和监测需求。目前的光纤通道数据接ロ卡主要用于特定的数据采集行业中，主要有采用单片机MCU为控制核心的光纤通道数据接ロ卡，和采用FPGA和PCI总线的光纤通道数据接ロ卡，这两种光纤通道数据接ロ卡对于单个设备、小容量的数据采集或者监控基本够用了，但是面对大容量、高速度、高保真的光纤网络，这两种光纤通道数据接ロ卡就无法胜任了，同时现有的光纤通道数据接ロ卡配置能力较弱，仅能实现简单的配置。
技术实现思路
为了克服现有技术在采用光纤通道数据接ロ卡来监控和仿真光纤网络吋，采用单片机MCU为控制核心的光纤通道数据接ロ卡根本不适合高速光纤网络的数据采集任务，采用PCI总线为接ロ的光纤通道数据接ロ卡，其数66MHZ的数据带宽，无法满足光纤网络GHZ的带宽需求，只能执行简单的数据采集作业，无法实现光纤网络的监控和仿真作业，同时现有的光纤通道数据接ロ卡配置能力较弱，仅能实现简单的配置。为解决上述的技术问题，本技术采用以下技术方案:可配置FPGA的光纤通道数据接ロ卡，包括第一參考时钟芯片、第二參考时钟芯片，还包括中央处理器、光收发器、PC1-Express接ロ、FPGA现场可编程门阵列，第一參考时钟芯片、第二參考时钟芯片均与中央处理器连接，中央处理器、PC1-Express接ロ、光收发器均与FPGA现场可编程门阵列连接；FPGA现场可编程门阵列包括FC数据处理器、数据缓存、PC1-Express处理器、工作状态寄存器组，FC数据处理器、数据缓存和PC1-Express处理器均与工作状态寄存器组连接，FC数据处理器连接数据缓存，数据缓存连接PC1-Express处理器。本技术投入使用时，第一歩，检查、调试设备:检查可配置FPGA的光纤通道数据接ロ卡各模块之间、光收发器和光纤网络、PC1-Express接口和计算机设备的硬件连接是否正常，如果出现异常，予以纠正。第二步，加电测试设备:启动电源，确认可配置FPGA的光纤通道数据接ロ卡和连接设备工作状态是否正常，设备正常后才投入使用；第三歩，调整配置设备:根据接入的光纤网络、接入测试设备的状况、监控计算机的接ロ，配置FPGA现场可编程门阵列，将配置程序写入FPGA现场可编程门阵列；第四步，执行任务，当可配置FPGA的光纤通道数据接ロ卡工作时，各个光纤测试设备的数据通过光纤网络输入光收发器，光收发器接收光信号后，将光信号传输FPGA现场可编程门阵列的FC数据处理器，FC数据处理器将光信号还原成电信号，通过数据缓存将数据传输速率提高，通过PC1-Express处理器传输给PC1-Express接ロ，通过PC1-Express接ロ进入计算机或者相关设备；同时，相关设备的电信号数据，通过PC1-Express接ロ传入可配置FPGA的光纤通道数据接ロ卡，经过数据缓存变速后，进入FC数据处理器，FC数据处理器将电信号转换成光信号，通过光收发器通过光纤网络传输给远端的光纤网络设备。第一參考时钟芯片、第二參考时钟芯片为处理器提供异步时钟，根据可配置FPGA的光纤通道数据接ロ卡的工作负荷自行调整时钟频率，从而调整中央处理器的工作频率，中央处理器还对FPGA现场可编程门阵列及其他板载芯片执行管理职能。可配置FPGA的光纤通道数据接ロ卡的工作原理就是通过配置FPGA现场可编程门阵列的电路逻辑，来増加或移除功能，同时修补逻辑漏洞或者改善性能。和现有技术在监控和仿真光纤网络时，采用单片机或者PCI总线的弱配置能力光纤通道数据接ロ卡的技术方案相比，本技术采用包括FC数据处理器、数据缓存、PC1-Express处理器、工作状态寄存器组，FC数据处理器的FPGA现场可编程门阵列，它可以实现根据光纤网络的传输需求配置FPGA现场可编程门阵列，最大程度地满足光纤网络的监控和运行业务，这种卡制作工程周期短、配置灵活、定制成本低，采用Gbps级高速串行通信模式PC1-Express接ロ可以轻松实现计算机和光纤数据卡之间进行大容量、高负荷本文档来自技高网...

【技术保护点】
可配置FPGA的光纤通道数据接口卡，包括第一参考时钟芯片、第二参考时钟芯片，其特征在于：还包括中央处理器、光收发器、PCI?Express接口、FPGA现场可编程门阵列，所述第一参考时钟芯片、第二参考时钟芯片均与中央处理器连接，所述中央处理器、PCI?Express接口、光收发器均与FPGA现场可编程门阵列连接；所述FPGA现场可编程门阵列包括FC数据处理器、数据缓存、PCI?Express处理器、工作状态寄存器组,所述FC数据处理器、数据缓存和PCI?Express处理器均与工作状态寄存器组连接,所述FC数据处理器连接数据缓存,所述数据缓存连接PCI?Express处理器。

【技术特征摘要】
1.可配置FPGA的光纤通道数据接ロ卡，包括第一參考时钟芯片、第二參考时钟芯片，其特征在于:还包括中央处理器、光收发器、PC1-Express接ロ、FPGA现场可编程门阵列，所述第一參考时钟芯片、第二參考时钟芯片均与中央处理器连接，所述中央处理器、PC1-Express接ロ、光收发器均与FPGA现场可编程门阵列连接； 所述FPGA现场可编程门阵列包括FC数据处理器、数据缓存、PC1-Express处理器、エ作状态寄存器组，所述FC数据处理器、数据缓存和PC1-Express处理器均与工作状态寄存器组连接，所述FC数据处理器连接数据缓存，所述数据缓存连接PC1-Express处理器。2.根据权利要求1所述的可配置FPGA的光纤通道数据接ロ卡，其特征在于:所述的FPGA现场可编程门阵列为Xilinx XC5VLX110T。3.根据权利要求1所述的可配置FPGA的光纤通道数据接ロ卡，其特征在于:还包括Flash存储器，所述Flash存储器连接FPGA现场可编程门阵列。4.根据权利要求1所述的可配置FP...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡钢，邱昆，
申请(专利权)人：成都成电光信科技有限责任公司，
类型：实用新型
国别省市：