CN103019993A - 基于光纤介质的互联系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于光纤介质的互联系统，其包括数据存储设备、数据管理计算机，数据管理计算机包括PCI Express背板等，第一光电收发器位于PCI Express背板内，第一中央处理器与第一光电收发器之间通过PCIExpress总线连接，第一光电收发器与第一光纤连接器之间通过光纤连接；数据存储设备包括第二中央处理器等，第二中央处理器与第二光电收发器之间通过PCI Express总线连接，第二光电收发器与第二光纤连接器之间通过光纤连接，第二中央处理器与固态存储盘之间直接通过SATA接口连接。本发明可保证长距离高带宽数据的可靠传输，减小体积、功耗、成本。

Description

基于光纤介质的互联系统
技术领域
本发明涉及一种互联系统，特别是涉及一种基于光纤介质的互联系统。背景技术
PCI Express总线是一种计算机领域广泛使用的高速串行总线技术，其主要技术特点如下：
（1）2.5Gbps（1.0规范）全双工串行差分物理链路，可扩展1~16对链路；
（2）点对点互联，采用交换器网络结构，保证设备间数据通道独立；
（3）基于数据包的传输协议，具有先进的错误报告处理能力；
（4）软件层与PCI保持兼容，包括总线设备配置、寻址和数据传输；
（5）规范中允许采用专用线缆或非电气介质长距离传输。
由于计算机、通讯领域的CPU、FPGA、ASIC等芯片已大量的集成了接口，因此PCI Express总线在机载设备中作为内总线得到了广泛应用。
光纤介质传输技术在机载设备中的应用已经走向成熟。基于光纤传输的FC总线、DVI视频数据线已经在军用、民用飞机中得到应用。适应机载环境的高速光电收发芯片，光纤连接器和光缆已有诸多成熟的商业货架产品，并实现了国产化替代。
数据存储设备与数据管理计算机同属于机载数据管理分系统，两者是紧耦合设备。但由于在飞机上的安装位置不同，之间的互联距离最长可达10米左右。随着航空电子技术的发展，对机载数据存储的峰值带宽要求已达到1Gbps级别，传统的长距离传输总线技术如422、485、HDLC等技术，以及新一代的IEEE1394B、AFDX技术都不能满足如此高带宽的数据传输。FC总线能够满足1Gbps级别的数据传输带宽，但是需要专用的接口卡以及复杂的软件协议，给系统的硬件软件设计都带来很大的挑战。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于光纤介质的互联系统，其采用光纤介质传输PCI Express总线（一种第三代I/O总线）技术，既可保证长距离高带宽数据的可靠传输，又可充分利用设备中已有的PCI Express接口，降低系统的软件硬件复杂度，减小体积、功耗、成本。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种基于光纤介质的互联系统，其特征在于，其包括数据存储设备、数据管理计算机，数据管理计算机包括PCI Express背板、第一光电收发器、第一光纤连接器、第一中央处理器，第一光电收发器位于PCI Express背板内，第一中央处理器与第一光电收发器之间通过PCI Express总线连接，第一光电收发器与第一光纤连接器之间通过光纤连接；数据存储设备包括第二中央处理器、固态存储盘、第二光电收发器、第二光纤连接器，第二中央处理器与第二光电收发器之间通过PCI Express总线连接，第二光电收发器与第二光纤连接器之间通过光纤连接，第二中央处理器与固态存储盘之间直接通过SATA接口连接，第二光纤连接器与第一光纤连接器之间通过光纤连接。
优选地，所述第一光电收发器和第二光电收发器都采用D-Lightsys公司的SLM-251型光电收发器。
优选地，所述第一光纤连接器和第二光纤连接器都采用RADIALL公司的MIL-DTL-38999型圆形光纤连接器。
本发明的积极进步效果在于：本发明通过采用光电收发器，实现了PCIExpress总线信号到光纤信号的收发转换。本发明通过光纤连接器和光纤实现光信号的稳定可靠传输。本发明采用光纤介质传输PCI Express总线（一种第三代I/O总线）技术，既可保证长距离高带宽数据的可靠传输，又可充分利用设备中已有的PCI Express接口，降低系统的软件硬件复杂度，减小体积、功耗、成本。
附图说明
图1为本发明基于光纤介质的互联系统的原理框图。
图2为光电收发器与中央处理器连接的示意图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
如图1所示，本发明基于光纤介质的互联系统包括数据存储设备、数据管理计算机，数据管理计算机包括PCI Express背板、第一光电收发器、第一光纤连接器、第一中央处理器（CPU）等，第一光电收发器位于PCI Express背板内，第一中央处理器与第一光电收发器之间通过PCI Express总线（PCIExpress总线是一种第三代I/O总线技术）连接，第一光电收发器与第一光纤连接器之间通过光纤连接，数据管理计算机内还包括用于各类数据采集和通讯的其他模块（如离散信号采集模块，总线数据采集模块，视频压缩模块等）。数据管理计算机内各类数据汇总到第一中央处理器后，通过第一光电收发器转换为光信号，发送给远端的数据存储设备。
数据存储设备包括第二中央处理器、固态存储盘（SSD）、第二光电收发器、第二光纤连接器，第二中央处理器与第二光电收发器之间通过PCIExpress总线连接，第二光电收发器与第二光纤连接器之间通过光纤连接，第二中央处理器与固态存储盘之间直接通过SATA接口连接，第二光纤连接器与第一光纤连接器之间通过光纤连接。数据存储设备接收数据管理计算机传来的光信号后，通过第二光电收发器转换为电信号，发送给第二中央处理器，经第二中央处理器处理后存储到固态存储盘。
如图2所示，第一光电收发器或第二光电收发器采用D-Lightsys公司的SLM-251型光电收发器，支持CML电平标准；第一中央处理器或第二中央处理器采用FreeScale公司的MPC8377或MPC8548或同系列的其他集成PCIExpress接口的CPU，支持CML以及LVDS电平标准。CPU与光电收发器内部均含有一对高速差分收发电路（发送端TX+，TX-以及接收端RX+，RX-），采用交流耦合的方式连接。注意CPU的发送端除交流耦合之外，按照PCI Express的信号规范，还需要在光电收发器的接收端用两个50欧姆电阻R下拉接地。
整个数据过程亦可反向进行。即数据存储设备中，第二中央处理器读取固态存储盘中的数据，由第二光电收发器转换为光信号并发送给数据管理计算机；数据管理计算机接收到数据存储设备的光信号后，通过第一光电收发器转换为电信号并送给第一中央处理器进行处理。数据存储设备主要用于大容量的数据存储和管理。数据管理计算机主要用于提供机载总线和其他数据的采集、通讯管理。PCI Express背板是数据管理计算器内的背板，上有多个支持PCI Express总线接口的插槽，用来插放第一中央处理器以及其他模块，交联第一中央处理器以及其他模块的信号，同时背板上载有第一光电收发器。第一光电收发器和第二光电收发器负责PCI Express电信号与光信号之间的全双工信号转换。第一光纤连接器和第二光纤连接器是数据存储设备或数据管理计算机机箱上的圆形连接器，用于内部、外部光纤电缆的连接。第一中央处理器是数据管理计算机内的核心中央处理器，负责管理整个数据管理计算机；第一中央处理器是数据存储设备内的核心中央处理器，负责接收发送数据，管理固态存储盘；固态存储盘是数据存储设备内的大容量固态硬盘，可拆卸。
数据管理计算机和数据存储设备的机箱之间的长距离传输采用了光纤介质。利用光纤传输高带宽数据，具有极小的信号衰减和畸变，同时不受外界电磁干扰。所以保证了长距离高带宽数据的可靠传输。数据管理计算机和数据存储设备内选用的CPU都集成了PCI Express接口，采用PCI Express总线作为通信协议，与现有常用的远距离通讯的FC、1394B、以太网等协议相比，硬件上不需要额外的总线接口芯片或接口模块，因此减小了系统体积、功耗、成本。软件上不需要额外的总线通讯、数据格式转换等开销，因此降低了软件复杂度。
数据管理计算机与数据存储设备的通讯完全可等同为数据管理计算机内，通过PCI Express总线互联的不同模块间的通讯。采用常用的PCI设备配置，共享内存机制访问，DMA数据传输等。通过两者之间的离散电气信号，可实现一些异常的通讯故障的处理，如热插拔、掉电通知等。
第一光电收发器和第二光电收发器都采用D-Lightsys公司的SLM-251型光电收发器，集成850nm的多模VCSEL激光器和光电探测器。光纤采用RADIALL公司的LuxCis多模光纤。第一光纤连接器和第二光纤连接器都采用RADIALL公司的MIL-DTL-38999型圆形光纤连接器。
本领域的技术人员可以对本发明进行各种改型和改变。因此，本发明覆盖了落入所附的权利要求书及其等同物的范围内的各种改型和改变。

Claims (3)

1.一种基于光纤介质的互联系统，其包括数据存储设备、数据管理计算机，数据管理计算机包括PCI Express背板、第一光电收发器、第一光纤连接器、第一中央处理器，其特征在于，第一光电收发器位于PCI Express背板内，第一中央处理器与第一光电收发器之间通过PCI Express总线连接，第一光电收发器与第一光纤连接器之间通过光纤连接；数据存储设备包括第二中央处理器、固态存储盘、第二光电收发器、第二光纤连接器，第二中央处理器与第二光电收发器之间通过PCI Express总线连接，第二光电收发器与第二光纤连接器之间通过光纤连接，第二中央处理器与固态存储盘之间直接通过SATA接口连接，第二光纤连接器与第一光纤连接器之间通过光纤连接。
2.如权利要求1所述的基于光纤介质的互联系统，其特征在于，所述第一光电收发器和第二光电收发器都采用D-Lightsys公司的SLM-251型光电收发器。
3.如权利要求1所述的基于光纤介质的互联系统，其特征在于，所述第一光纤连接器和第二光纤连接器都采用RADIALL公司的MIL-DTL-38999型圆形光纤连接器。
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