CN103049414A - Fc总线与can总线间数据的转换及传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种FC总线与CAN总线间数据的转换及传输方法，解决以CAN总线作为局部总线的子系统与FC主干网络之间数据相互通信的问题。本发明的方案中，FPGA内部PPC处理器对FC总线和CAN总线接口进行初始化、收发控制、数据管理和中断处理等操作，完成FC-AE-ASM协议下的FC数据帧信息与CAN报文信息的解析和帧格式转换工作，同时FPGA内部设计环形缓冲区，解决FC与CAN两种不同总线带宽数据转发过程中的速率不匹配问题。

Description

FC总线与CAN总线间数据的转换及传输方法

技术领域：

本发明属于计算机通信技术，涉及通信网络中一种FC与CAN两种总线之间基于FC-AE-ASM与CAN的协议转换及数据相互转发的实现技术。

背景技术：

由于光纤通信总线（以下简称“FC总线”）具备高带宽、低延迟、高可靠和支持交换网络架构等特性，适合于构建大规模分布式实时系统并满足其对网络带宽和数据传输实时性的较高要求。目前符合FC-AE-ASM协议的FC网络已作为主干网络应用于航空产品的通信网络系统，为新一代飞机上各子系统之间的互联提供通信支持。

在系统整体设计过程中，虽然采用FC网络作为主干网络，但是一些子系统内部的各功能模块之间基于通信要求、有效数据量及技术成熟度等因素考虑，会选用CAN总线作为子系统内部的局部总线使用；而子系统又需要与FC主干网络进行互联和通信，因此需要提供一种FC总线与CAN总线之间数据相互转发的实现技术。

发明内容：

本发明的目的是，提供一种FC总线与CAN总线间数据的转换及传输方法，解决以CAN总线作为局部总线的子系统与FC主干网络之间数据相互通信的问题。

本发明的技术解决方案如下：

FC总线与CAN总线间数据的转换及传输方法，

其中，FC至CAN总线数据转发及传输包括以下步骤：

1）对FC总线接口和CAN总线接口进行配置和初始化操作；

2）FC接收状态机响应FC MAC状态；

3）若FC端口接收到消息，则FC接收控制逻辑将接收到的FC数据帧信息写入FC接收缓冲区，更新接收缓冲区尾指针，将FC消息接收中断上报PPC处理器；若无接收消息，则重复步骤2）；

4）PPC处理器收到FC接收消息中断后，进入中断服务程序，读取FC接收缓冲区中的数据并写入环形缓冲区，更新接收缓冲区头指针和环形缓冲区指针，清除中断；

5）PPC处理器查询CAN总线端口状态，判断CAN接口是否具备发送条件；

6）若CAN总线接口具备发送条件，则转步骤7）；若CAN总线不具备发送条件，则重复步骤5）；

7）PPC处理器查询环形缓冲区状态；

8）若环形缓冲区中有待向CAN总线发送的数据，则转步骤9）；若无待向CAN总线发送的数据，则重复步骤7）；

9）PPC处理器将环形缓冲区中的数据取出，根据设置的CAN报文参数进行CAN报文信息的组织，并将组织好的CAN报文写入CAN发送FIFO；

10）CAN控制逻辑和CAN协议处理逻辑将CAN报文信息进行封装并由CAN驱动器发送至CAN总线；

CAN至FC总线数据转发及传输包括以下步骤：

11）对FC和CAN总线接口进行配置和初始化操作；

12）CAN协议处理逻辑解析接收到的CAN报文信息，CAN总线控制逻辑将接收到的数据写入CAN消息接收缓冲区，向PPC处理器上报CAN接收中断；

13）PPC处理器响应CAN接收中断，从CAN接收FIFO读取有效数据，根据设置的FC参数对数据进行FC帧格式的组织，并将组帧完成的FC数据写入FC发送缓冲区，更新FC发送缓冲区尾指针；

14）FC发送控制逻辑检测发送缓冲区状态；

15）若FC发送缓冲区有待发送的数据，则FC发送控制逻辑将发送缓冲区中的FC数据帧送至FC MAC，更新发送缓冲区头指针；若发送缓冲区无数据，则重复步骤4）；

16）FC数据帧发送至FC网络。

本发明的优点是：

专用接口转换功能：本设计为一种全新的接口转换技术，提供了一种专用的FC总线接口与CAN总线接口之间基于FC-AE-ASM与CAN的协议转换及数据相互转发的实现技术，可实时完成FC总线数据与CAN总线数据的接收、缓存、格式转换与数据转发功能；

适应性强：接口基于标准协议进行开发，可满足与网络中各种符合FC-AE-ASM协议的FC节点机、FC交换机以及各种CAN节点机进行通信；

使用方便：将接口转换模块的FC光接口与系统FC网络相连，CAN总线接口与子系统CAN总线相连，模块上电即可自动加载逻辑和相应程序，实现FC与CAN接口数据的转发功能；

功耗低、体积小、易于维护：由于基于FPGA设计实现，因此转换接口模块具有功耗低、体积小等特点，设计提供串行接口，易于实现调试、测试及通信配置等功能。

附图说明

图1是FC与CAN总线转换接口逻辑结构图；

图2是FC至CAN总线数据转发流程图；

图3是CAN至FC总线数据转发流程图。

具体实施方式:

本发明的方案中，接口转换基于内嵌PPC处理器硬核的FPGA设计实现，FPGA周边配置CAN总线接口电路、光电收发器及其他相应外设电路。通过FPGA逻辑实现FC MAC接口功能、CAN接口控制功能和CAN协议处理功能。FPGA内部PPC处理器运行Vxworks操作系统，对FC总线和CAN总线接口进行初始化、收发控制、数据管理和中断处理等操作，完成FC-AE-ASM协议下的FC数据帧信息与CAN报文信息的解析和帧格式转换工作，同时FPGA内部设计环形缓冲区，解决FC与CAN两种不同总线带宽数据转发过程中的速率不匹配问题。

下面结合附图对实施方式进行具体说明。

首先对FC与CAN总线数据转发的逻辑架构及设计实现进行介绍，如图1所示：转换接口基于内嵌PPC处理器的FPGA进行设计，配合相应外设实现接口转换及程序运行与调试等功能。

FPGA外部配置MAX3232串口驱动器、FLASH和DDR2存储器以实现PPC处理器的程序运行与调试维护等功能，逻辑内部通过接口控制器、存储器管理器和DDR2控制器IP核实现对串行接口和存储器的管理。PPC处理器运行Vxworks操作系统，负责完成FC和CAN总线的接口控制及初始化、中断处理、数据转换与组帧和传输管理等工作。可通过串行接口实现对相关接口参数的配置，参数包括：FC_PortID、FC_MsgID、FC_D_ID、CAN总线速率、CAN消息号等。

FC接口采用FC MAC协议IP核处理FC链路原语信号及原语序列，实现对FC数据帧的解析和封装；Serde s基于FPGA的MGT实现FC信号的串/并转换、8B/10B编码、时钟恢复以及CRC校验等工作；FC电信号与光信号的转换通过光电收发器件实现。

FC接收控制逻辑负责响应FC接口状态机并判断FC接收缓冲区状态，从FC MAC接收FC数据帧并将信息写入FC接收缓冲区，完成对接收缓冲区指针的维护，最后对PPC处理器上报FC接收中断。FC发送控制逻辑负责维护发送缓冲区状态，判断FC链路状态，进行发送状态机管理，将当前发送缓冲区的数据提交FC MAC。PPC处理器通过一系列FC管理寄存器实现FC链路初始化、状态控制以及对FC接收、发缓冲区的管理。FC接收及发送缓冲区采用4缓机制，每个缓冲区的大小为最大帧长。

CAN总线接口通过CAN驱动器对外提供电信号，FPGA内部CAN协议处理单元实现对CAN报文信息的解析和封装。CAN控制逻辑负责维护CAN总线状态机，将13Byte宽度发送FIFO内的报文信息发送至CAN总线，同时负责将从CAN总线接收到的报文信息写入64Byte深度的CAN接收缓冲区，并将CAN接收中断上报处理器。PPC处理器从13Byte宽度的接收FIFO读取CAN接收消息，并通过一系列CAN管理寄存器实现对CAN总线链路控制及CAN报文信息收/发管理的操作。

由于FC总线接口与CAN总线接口是相互独立的，处理器可以同时进行2种总线上数据的接收与发送操作，并完成转发过程中的数据管理与帧格式转换工作。PPC处理器收到CAN接收中断，从CAN接收FIFO读取CAN报文信息，将有效数据取出，并根据设置的FC相关参数（若未设置则采用默认值）进行FC消息的组帧工作，最后将组织好的数据帧写入FC发送缓冲区，更新发送缓冲区指针。由于FC总线带宽为2.125Gbps，CAN总线带宽为1Mbps，因此逻辑内部建立数据缓冲机制，设计128个帧长的环形缓冲区以及相应管理寄存器以解决FC总线带宽与CAN总线带宽不匹配的问题。PPC处理器收到FC接收中断，将FC接收缓冲内的有效数据取出并写入环形缓冲区，更新FC接收缓冲和环形缓冲区指针,同时PPC处理器查询CAN总线端口状态，待CAN接口具备发送条件，PPC处理器从当前环形缓冲区将数据取出，根据设置的CAN报文参数（若未设置则采用默认值）进行CAN报文信息的组织，最后将组织好的CAN报文写入CAN发送FIFO。

下面对FC至CAN总线数据转发流程进行介绍，如图2所示：

1）对FC总线接口和CAN总线接口进行配置和初始化操作；

2）FC接收状态机响应FC MAC状态；

3）若FC端口接收到消息，则FC接收控制逻辑将接收到的FC数据帧信息写入FC接收缓冲区，更新接收缓冲区尾指针，将FC消息接收中断上报PPC处理器；若无接收消息，则重复步骤2）；

4）PPC处理器收到FC接收消息中断后，进入中断服务程序，读取FC接收缓冲区中的数据并写入环形缓冲区，更新接收缓冲区头指针和环形缓冲区指针，清除中断；

5）PPC处理器查询CAN总线端口状态，判断CAN接口是否具备发送条件；

6）若CAN总线接口具备发送条件，则转步骤7）；若CAN总线不具备发送条件，则重复步骤5）；

7）PPC处理器查询环形缓冲区状态；

8）若环形缓冲区中有待向CAN总线发送的数据，则转步骤9）；若无待向CAN总线发送的数据，则重复步骤7）；

9）PPC处理器将环形缓冲区中的数据取出，根据设置的CAN报文参数（若未设置则采用默认参数）进行CAN报文信息的组织，并将组织好的CAN报文写入CAN发送FIFO；

10）CAN控制逻辑和CAN协议处理逻辑将CAN报文信息进行封装并由CAN驱动器发送至CAN总线。

下面对CAN至FC总线数据转发流程进行介绍，如图3所示：

1)对FC和CAN总线接口进行配置和初始化操作；

2)CAN协议处理逻辑解析接收到的CAN报文信息，CAN总线控制逻辑将接收到的数据写入CAN消息接收缓冲区，向PPC处理器上报CAN接收中断；

3)PPC处理器响应CAN接收中断，从CAN接收FI FO读取有效数据，根据设置的FC参数（若未设置则采用默认参数）对数据进行FC帧格式的组织，并将组帧完成的FC数据写入FC发送缓冲区，更新FC发送缓冲区尾指针；

4)FC发送控制逻辑检测发送缓冲区状态；

5)若FC发送缓冲区有待发送的数据，则FC发送控制逻辑将发送缓冲区中的FC数据帧送至FC MAC，更新发送缓冲区头指针；若发送缓冲区无数据，则重复步骤4）；

6)FC数据帧发送至FC网络。

Claims (1)

1.FC总线与CAN总线间数据的转换及传输方法，

其中，FC至CAN总线数据转发及传输包括以下步骤：

1）对FC总线接口和CAN总线接口进行配置和初始化操作；

2）FC接收状态机响应FC MAC状态；

3）若FC端口接收到消息，则FC接收控制逻辑将接收到的FC数据帧信息写入FC接收缓冲区，更新接收缓冲区尾指针，将FC消息接收中断上报PPC处理器；若无接收消息，则重复步骤2）；

4）PPC处理器收到FC接收消息中断后，进入中断服务程序，读取FC接收缓冲区中的数据并写入环形缓冲区，更新接收缓冲区头指针和环形缓冲区指针，清除中断；

5）PPC处理器查询CAN总线端口状态，判断CAN接口是否具备发送条件；

6）若CAN总线接口具备发送条件，则转步骤7）；若CAN总线不具备发送条件，则重复步骤5）；

7）PPC处理器查询环形缓冲区状态；

8）若环形缓冲区中有待向CAN总线发送的数据，则转步骤9）；若无待向CAN总线发送的数据，则重复步骤7）；

9）PPC处理器将环形缓冲区中的数据取出，根据设置的CAN报文参数进行CAN报文信息的组织，并将组织好的CAN报文写入CAN发送FIFO；

10）CAN控制逻辑和CAN协议处理逻辑将CAN报文信息进行封装并由CAN驱动器发送至CAN总线；

CAN至FC总线数据转发及传输包括以下步骤：

11）对FC和CAN总线接口进行配置和初始化操作；

12）CAN协议处理逻辑解析接收到的CAN报文信息，CAN总线控制逻辑将接收到的数据写入CAN消息接收缓冲区，向PPC处理器上报CAN接收中断；

13）PPC处理器响应CAN接收中断，从CAN接收FIFO读取有效数据，根据设置的FC参数对数据进行FC帧格式的组织，并将组帧完成的FC数据写入FC发送缓冲区，更新FC发送缓冲区尾指针；

14）FC发送控制逻辑检测发送缓冲区状态；

15）若FC发送缓冲区有待发送的数据，则FC发送控制逻辑将发送缓冲区中的FC数据帧送至FC MAC，更新发送缓冲区头指针；若发送缓冲区无数据，则重复步骤4）；

16）FC数据帧发送至FC网络。

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