CN103763220A - 单板光模块的读写结构及读写方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种单板光模块的读写结构，该结构包含相互通讯连接的主控和线卡；主控包含：控制模块和电路连接控制模块输出端的RS-485总线线卡包含电路连接所述RS-485总线的可编程逻辑模块，以及电路连接可编程逻辑模块输出端的光模块。本发明主控的控制模块和线卡的可编程逻辑模块通过RS-485通道进行通信，省去线卡上的CPU和主控上的交换芯片，降低了设备的开发硬件成本；节省了PCB板的空间，给线卡上其他器件的布局提供了更灵活的空间；提高了设备响应时间，使设备的灵活性更强；减少了CPU意味着减少了软件和驱动的研发工作，缩短了研发周期，降低风险。

Description

单板光模块的读写结构及读写方法

技术领域

本发明涉及一种交换机通信技术，具体涉及一种机架式交换机中的单板光模块的读写结构及读写方法。

背景技术

在大型交换机系统中，常常会用到大量不同种类的光模块，根据电信级宽带接入设备的标准，需要监控光模块的一些实时参数，如：发射光功率、接收光功率、温度、工作电压、激光器偏压等等。

对于一些局端机架式设备来说，其每个单板上的光模块的信息是通过各个单板上的CPU来读写的，当本板的CPU获得光模块的信息后，通过快速以太网（Fast Ethernet，FE）等其他通道，经过背板上报给主控的CPU。但是，当单板上的业务不多的时候，在单板上添加一个CPU和其外部设备，带来了资源的极大的浪费。

在产品设计（如机架式交换机）的过程中，我们会用到大量不同种类的光模块，同一块单板上也会用到多个光模块，而光模块的内部寄存器的读写操作是通过集成电路总线（Inter-Integrated Circuit，IIC）接口来完成的。IIC串行总线一般有两根信号线，一根是双向的数据线SDA（Skill Development Activity--静态数据认证），另一根是时钟信号线（SCL）。所有接到IIC总线设备上的串行数据SDA都接到总线的SDA上，各设备的时钟线SCL接到总线的SCL上。IIC上的不同光模块的都有自己的IIC地址，通过这个IIC地址，我们可以区分不同的光模块。当IIC总线上的光模块的IIC地址相同的时候，一般的设计者会通过FPGA或CPLD来对CPU上的IIC进行分发，连接到不同的光模块，从而对具有相同的IIC地址的光模块进行操作。

如图1所示，主控11与若干线卡（第一线卡12、第二线卡13、第三线卡14和第四线卡14）建立连接，其中主控11包含有主控CPU模块以及通过FE接口连接的交换芯片，每个线卡包含有通过FE连接主控11的线卡CPU模块，通过SCL连接线卡CPU模块的FPGA/CPLD模块，FPGA/CPLD模块通过SCL连接四个光模块，线卡CPU模块通过SDA分别连接各个光模块。

以下以第一线卡12为例说明：

当主控11需要读取第一线卡12中的光模块0的信息的时候，主控11的CPU先发送指令到主控11的交换芯片，通过交换芯片选择FE0通道访问第一线卡12的CPU，第一线卡12的CPU通过FPGA或CPLD切换SCL到SCL0，从而选中光模块0，并与之进行通信。

应用上述处理方法具有以下缺点：一是有足够的研发经费，能够支持在线卡上加CPU所带来的生产成本上升；二是线卡的PCB板有足够的空间来放置CPU及其外部设备；三是CPU的添加需要软件配合，使研发工作加剧，研发周期加长。

发明内容

本发明提供一种单板光模块的读写结构及读写方法，可以在线卡上没有CPU的情况下，通过主控对各个线卡的光模块进行操作。

为实现上述目的，本发明提供一种单板光模块的读写结构，该结构包含相互通讯连接的主控和线卡；

其特点是，上述主控包含：控制模块和电路连接控制模块输出端的RS-485总线；

上述线卡包含电路连接所述RS-485总线的可编程逻辑模块，以及电路连接可编程逻辑模块输出端的光模块。

上述主控连接有一个或若干个线卡。

每个上述线卡中包含有一个或若干个光模块，分别连接可编程逻辑模块。

上述可编程逻辑模块采用现场可编程门阵列或复杂可编程逻辑器件。

上述可编程逻辑模块输出端分别通过数据线SDA和时钟信号线连接每个所述光模块。

一种上述单板光模块的读写结构的读写方法，其特点是，该方法包含：

主控的控制模块的发出指令通过RS-485总线操作线卡上的可编程逻辑模块；

线卡上的可编程逻辑模块操作线卡上的光模块。

上述控制模块操作可编程逻辑模块进行读操作的方法包含：

控制模块发送地址字段、控制字段至可编程逻辑模块，选择相应线卡，读取光模块的寄存器；可编程逻辑模块反馈相同信息；

控制模块发送包含所要读取内容位置信息的数据字段至可编程逻辑模块，可编程逻辑模块反馈操作成功的数据字段即开始读取的光模块寄存器中的内容； 

上述控制模块发送的数据字段包含5个字节：第1个字节为后面有效字节数；第2个字节表示被读寄存器位宽和连续读取寄存器个数；第3个字节表示读取寄存器的起始地址；第4个字节表示光模块集成电路总线地址；第5个字节表示光模块编号。

上述控制模块操作可编程逻辑模块进行写操作的方法包含：

控制模块发送地址字段、控制字段至可编程逻辑模块，选择相应线卡，读取光模块的寄存器；可编程逻辑模块反馈相同信息；

控制模块发送数据字段至可编程逻辑模块，可编程逻辑模块反馈光模块写入成功；数据字段中：第1个字节为后面有效字节数；第2个字节表示被读寄存器位宽和连续读取寄存器个数；第3个字节表示读取寄存器的起始地址；第4个字节表示光模块集成电路总线地址；第5个字节表示光模块编号；第6个字节开始为写入内容。

可编程逻辑模块操作光模块包含：

数据字段选定光模块，可编程逻辑模块连通与该光模块的数据线SDA和时钟信号线，只有该光模块可响应可编程逻辑模块。

本发明单板光模块的读写结构及读写方法和现有技术交换机中单板上CPU对光模块的读写技术相比，其优点在于，本发明主控的控制模块和线卡的可编程逻辑模块通过RS-485通道进行通信，通过主控的CPU对线卡的光模块进行管理；通过定义特定的RS-485通信协议的帧格式，来选定不同的线卡和不同的光模块；通过这种方法可以省去线卡上的CPU和主控上的交换芯片。降低了设备的开发硬件成本；节省了PCB板的空间，给线卡上其他器件的布局提供了更灵活的空间；提高了设备响应时间，使设备的灵活性更强；减少了CPU意味着减少了软件和驱动的研发工作，缩短了研发周期，降低风险。

附图说明

图1为现有技术交换机光模块信息读取结构示意图；

图2为本发明单板光模块的读写结构的示意图；

图3为本发明单板光模块的读写方法的示意图。

具体实施方式

以下结合附图，进一步说明本发明的具体实施例。

如图2所示，本发明公开一种基于RS-485通信协议的机架式交换机中单板光模块的读写结构，该结构包含主控21以及分别通讯连接该主控21的4个线卡22。

主控21包含：控制模块（CPU）211和电路连接控制模块211输出端的RS-485总线212。

线卡22包含电路连接RS-485总线212的可编程逻辑模块221，以及电路连接可编程逻辑模块221输出端的光模块222。每个线卡22中包含有4个光模块222，分别连接可编程逻辑模块221。可编程逻辑模块221采用现场可编程门阵列（FPGA）或复杂可编程逻辑器件（CPLD）。

可编程逻辑模块221输出端分别通过数据线SDA和时钟信号线（SCL）连接每个光模块222。

如图3所示，本发明还公开了基于RS-485通信协议的机架式交换机中单板光模块的读写结构的读写方法，该读写方法分为两个部分：一、主控21的控制模块（CPU）211发出指令通过RS-485总线212通道操作线卡22上的可编程逻辑模块221（即FPGA或CPLD）；二、线卡22上的可编程逻辑模块221（即FPGA或CPLD）操作线卡22上的光模块222。

下面通过这两个步骤阐述本发明的具体方法：

一、主控21的控制模块211发出指令通过RS-485总线212通道操作线卡22上的可编程逻辑模块221，此步骤需要解决的问题是：1、如何确定需要访问哪一个线卡；2、如何确定需要访问哪一个光模块。本发明通过定义特定的RS-485通信协议的帧格式来解决这一问题。

帧格式的基本结构如表1所示，其含义如下：

（1）起始标志字段(F1)：起始标志字段为0111 1110的比特模式，用以标志帧的起始。

（2）地址字段(A)：对同类型设备的不同地址描述，0和255 两个地址保留。

（3）控制字段(C)：控制字段用于构成各种命令和响应，以便对设备进行监视和控制。发送方主站利用控制字段来通知被寻址的从站执行约定的操作；相反，从站用该字段作对命令的响应，报告已完成的操作或状态的变化。控制字段中最高位bit7表示传送帧的类型，bit7为“0”表示不需要回复，为“1”表示需要回复；控制帧包含两种操作。控制字段中bit6表示控制帧的操作类别，“1” 表示读操作，“0” 表示写操作。控制字段中bit[5:0]表示控制帧的种类。最多可以实现64个种类的操作，本发明定义000001为光模块IIC的读写。

（4）数据字段(D)：数据字段为读写操作的具体内容。第一个字节为信息字段的字节数，该字节不包含在字节数当中，即数据字段至少为一个字节；当第一个字节为0000_0000时，后面没有有效字节；当为0000_0001时，后面有一个有效字节；最大为1111_1110时，表示后面有254个有效字节；多字节寄存器传送，先传送高字节。

（5）帧校验序列字段(FCS)：帧校验序列字段16bit，采用CheckSum方法。发送方CheckSum产生方法是把除起始标示字段、结束标志字段和帧校验序列字段之外的所有数据按照4bit分成多个单元，然后累加求和，所得结果模65536的余数即为FCS内容。接收方校验方法是把除起始标示段和结束标示段之外的数据按照4bit分成多个单元，然后累加求和，若为0（注意实际为10000H），认为无误码，若不为0，作有误码处理。

（6）结束标志字段（F2）：结束标志字段为0000_1101的比特模式，用以标志帧的结束。

序号	1	2	3	4	5	6
							符号	F1（7E）	A	C	D	FCS	F2 （0D）
字节数	1	1	1	1 ~ 256	2	1

表1 RS-485帧格式的基本结构

参照上述所定义的帧格式来介绍图2读写结构的具体操作方法：（以线卡中的第一个线卡及其光模块为例）：

A、当需要对第一个线卡22上的第一个光模块222进行读操作的时候，对于发起方主控的CPU来说：

步骤a1、主控21的控制模块211发送起始标志字段为0111 1110，用以标志帧的起始。

步骤a2、主控的21的控制模块211发送地址字段0000 0000，用于选择第一个线卡222。

步骤a3、主控的21的控制模块211发送控制字段1100 0001，通过IIC读取光模块222中的寄存器，并且需要回复操作。

步骤a4、主控的21的控制模块211发送数据字段。数据字段包含5个字节，第1个字节为后面有效字节数。第2个字节表示被读寄存器位宽和连续读取寄存器个数。其中bit[7:6] 表示位宽，00代表8bit，01代表16bit，10，11 无意义；bit[5:0] 代表连续读取个数，01H 代表读取1个，最多可以设置为3FH 表示连续读取63个寄存器；注意设置要保证读取的总字节数不能超过254，这是由数据字段的总长决定的。第3个字节表示读取寄存器的起始地址。第4个字节表示光模块的IIC地址。第5个字节表示光模块编号，由于所有光模块IIC是一样的，都有A0 和A2，所以必须有一个编号。

步骤a5、为帧校验序列字段。

步骤a6、为结束标志字段为0000 1101的比特模式，用以标志帧的结束。

B、对于从方对光模块IIC读取命令的响应来说：

步骤b1起始字段、步骤b2地址字段和步骤b3控制字段同接收的读取命令帧的相同.

步骤b4、数据字段，第1个字节表示后面的有效字节数。数据字段第2个字节表示含义如下：00H，表示操作成功；01H，表示还没有准备好；02H，表示读取命令中光模块寄存器起始地址错误；03H，表示连续读取寄存器个数超过寄存器范围；04H，表示命令当中寄存器位宽和寄存器实际位宽不一致；FFH，表示接收命令帧校验错误。当第2个字节为00H时，从第三个字节开始为读取寄存器的内容。

步骤b5、为帧校验序列字段。

步骤b6、为结束标志字段为0000_1101的比特模式，用以标志帧的结束。

C、当需要对第一个线卡22上的光模块222进行写操作的时候，对于发起方主控21的控制模块211来说：

步骤c1、主控21的控制模块211发送起始标志字段为0111 1110，用以标志帧的起始。

步骤c2、主控21的控制模块211发送地址字段0000 0000，用于选择线卡22。

步骤c3、主控21的控制模块211发送控制字段1000 0001，通过IIC读取光模块222中的寄存器，并且需要回复操作；0000 0001标示无需要回复操作。

步骤c4、主控21的控制模块211发送数据字段，数据字段包含5个字节，第1个字节表示后面有效字节数。第2个字节表示被写寄存器位宽和连续写入寄存器个数，类似于读取光模块寄存器命令。其中bit[7:6] 表示位宽，00代表8bit，01代表16bit，10，11 无意义；bit[5:0] 代表连续写入寄存器个数，01H 代表1个，最多可以设置为3FH 表示连续写入63个寄存器；注意设置要保证写入的总字节数不能超过254，这是由数据字段的总长决定的。第3个字节表示写入寄存器的起始地址。第4个字节表示光模块IIC地址。第5个字节表示光模块编号。从第6个字节开始，为写入内容。

步骤c5、为帧校验序列字段。

步骤c6、为结束标志字段为0000 1101的比特模式，用以标志帧的结束。

D、对于从方对光模块IIC读取命令的响应来说：（当接收的是需要回复的写入命令时，从方才需要回复）

步骤d1起始字段、步骤d2地址字段和步骤d3控制字段同接收的读取命令帧的相同，,

步骤d4数据字段，第1个字节表示后面的有效字节数。数据字段第2个字节表示含义如下：00H，表示操作成功；02H，表示寄存器起始地址错误；03H，表示连续写入寄存器个数超过寄存器范围；04H，表示命令当中寄存器位宽和寄存器实际位宽不一致；05H, 表示写失败；FFH，表示接收命令帧校验错误。

步骤d5、为帧校验序列字段。

步骤d6、为结束标志字段为0000 1101的比特模式，用以标志帧的结束。

以上过程是以第一个线卡22的第一个光模块222为例阐述第一部分主控的控制模块211发出指令通过RS-485通道操作线卡22上的FPGA或CPLD，其对他光模块222和其他线卡22上的光模块222的操作方式来说同此例基本相同，不同的是地址字段和数据字段的第五个字节不同，这是为了区分不同的线卡和不同的光模块。

第二部分是线卡22上的可编程逻辑模块221（FPGA或CPLD）操作线卡22上的光模块222。此操作是通过IIC接口来完成的，此部分与前面所述的现有方案相仿，如图1所述，这里不详细展开。不同点在于，本发明中是通过前述RS-485通信操作中的数据字段的第五个字节的不同来切换SCL的。

如图2所示，以第一个线卡22为例说明具体切换方法如下：

当数据字段的第五个字节为为0000 0001的时候，线卡22上的FPGA或CPLD把其第一个光模块222的SCL选通，其他第二个、第三个、第四个光模块的SCL、SCL、SCL为高阻，IIC总线上只有第一个光模块可以响应IIC总线的指令，其他光模块由于没有时钟SCL，因此无法响应IIC总线发出的指令。

当数据字段的第五个字节为为0000 0010的时候，线卡上的FPGA或CPLD把第二个光模块的SCL选通，其他第一个、第三个、第四个光模块的SCL为高阻，IIC总线上只有第二个光模块可以响应IIC总线的指令，其他光模块由于没有时钟SCL，因此无法响应IIC总线发出的指令。

当数据字段的第五个字节为为0000 0100的时候，线卡上的FPGA或CPLD把第三个光模块的SCL选通，其他第一个、第二个、第四个光模块的SCL为高阻，IIC总线上只有第三个光模块可以响应IIC总线的指令，其他光模块由于没有时钟SCL，因此无法响应IIC总线发出的指令。

当数据字段的第五个字节为为0000 1000的时候，线卡上的FPGA或CPLD把第四个光模块的SCL选通，其他第一个、第二个、第三个光模块的SCL为高阻，IIC总线上只有第四个光模块可以响应IIC总线的指令，其他光模块由于没有时钟SCL，因此无法响应IIC总线发出的指令。

其他线卡上的光模块的操作同上述方式相同，这里不再赘述。此例中仅仅以4个光模块为例，此发明可以扩展到256个光模块。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种单板光模块的读写结构，该结构包含相互通讯连接的主控（21）和线卡（22）；其特征在于，所述主控（21）包含：控制模块（211）和电路连接控制模块（211）输出端的RS-485总线（212）；

所述线卡（22）包含电路连接所述RS-485总线（212）的可编程逻辑模块（221），以及电路连接可编程逻辑模块（221）输出端的光模块（222）。

2.如权利要求1所述的单板光模块的读写结构，其特征在于，所述主控（21）连接有一个或若干个线卡（22）。

3.如权利要求1或2所述的单板光模块的读写结构，其特征在于，每个所述线卡（22）中包含有一个或若干个光模块（222），分别连接所述可编程逻辑模块（221）。

4.如权利要求1所述的单板光模块的读写结构，其特征在于，所述可编程逻辑模块（221）采用现场可编程门阵列或复杂可编程逻辑器件。

5.如权利要求1或4所述的单板光模块的读写结构，其特征在于，所述可编程逻辑模块（221）输出端分别通过数据线SDA和时钟信号线连接每个所述光模块（222）。

6.一种如权利要求1至5中任意一项权利要求所述单板光模块的读写结构的读写方法，其特征在于，该方法包含：

主控（21）的控制模块（211）的发出指令通过RS-485总线（212）操作线卡（22）上的可编程逻辑模块（221）；

线卡（22）上的可编程逻辑模块（221）操作线卡上的光模块（222）。

7.如权利要求6所述的读写方法，其特征在于，所述控制模块（211）操作可编程逻辑模块（221）进行读操作的方法包含：

控制模块（211）发送地址字段、控制字段至可编程逻辑模块（221），选择相应线卡（22），读取光模块的寄存器；可编程逻辑模块（221）反馈相同信息；

控制模块（211）发送包含所要读取内容位置信息的数据字段至可编程逻辑模块（221），可编程逻辑模块（221）反馈操作成功的数据字段即开始读取的光模块寄存器中的内容。

8.如权利要求7所述的读写方法，其特征在于，所述控制模块（211）发送的数据字段包含5个字节：第1个字节为后面有效字节数；第2个字节表示被读寄存器位宽和连续读取寄存器个数；第3个字节表示读取寄存器的起始地址；第4个字节表示光模块集成电路总线地址；第5个字节表示光模块编号。

9.如权利要求6或7或8所述的读写方法，其特征在于，所述控制模块（211）操作可编程逻辑模块（221）进行写操作的方法包含：

控制模块（211）发送地址字段、控制字段至可编程逻辑模块（221），选择相应线卡（22），读取光模块的寄存器；可编程逻辑模块（221）反馈相同信息；

控制模块（211）发送数据字段至可编程逻辑模块（221），可编程逻辑模块（221）反馈光模块写入成功；数据字段中：第1个字节为后面有效字节数；第2个字节表示被读寄存器位宽和连续读取寄存器个数；第3个字节表示写入寄存器的起始地址；第4个字节表示光模块IIC地址；第5个字节表示光模块编号；从第6个字节开始，为写入内容。

10.如权利要求6所述的读写方法，其特征在于，可编程逻辑模块（221）操作光模块（222）包含：

数据字段选定光模块，可编程逻辑模块（221）连通与该光模块的数据线SDA和时钟信号线，只有该光模块可响应可编程逻辑模块（221）。

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