CN103970704A - 一种基于RapidIO协议的光纤总线的硬件系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于RapidIO协议的光纤总线的硬件系统，包括多个RapidIO节点和RapidIO交换机，所述RapidIO节点是系统平台上的多个分布式数据采集终端，所述RapidIO节点与所述RapidIO交换机之间通过光纤进行连接，RapidIO交换机之间通过光纤总线进行级联或者交叉互联。本发明实现了RapidIO系统的区域互联，可应用于装甲车辆平台各设备机箱间的高速互联，提高整车信息系统的实时数据交换、处理能力。

Description

一种基于RapidIO协议的光纤总线的硬件系统

技术领域

本发明涉及RapidIO协议的光电传输技术，更具体的说，涉及一种基于RapidIO协议的光纤总线的硬件系统的设计。

背景技术

基于高性能的包交换互联技术而出现的RapidIO架构，其主要功能是完成在一个系统内的微处理器、DSP、通信和网络处理器、系统储存器以及外设之间高速的数据传输。它主要适用于网络和通信设备、企业储存库和其它高性能的嵌入式市场，它通过提供带宽、软件独立性、容错性和短等待时间，满足用户对数据高速、实时传输的需求。目前，在实现芯片到芯片之间、板与板之间的高速互连上，RapidIO所体现的优势被广泛认同。

而基于RapidIO协议的光纤总线，不同于RapidIO技术在系统内部短距互连的常规应用，该总线通过高性能、抗干扰的光纤通道，实现系统区域的RapidIO互连（System Area Network），而且这种互连是一种紧耦合互连，可应用于空间分布式系统，有助于提高系统的协同处理性能。在装甲车辆平台上，RapidIO光纤总线可用于多路高清视频、雷达阵列等千兆位数据实时传输，提升装甲车辆平台的信息汇聚、传输以及实时处理、响应能力。

发明内容

本发明针对现有的RapidIO互联架构，提供一种基于RapidIO协议的光纤总线的硬件系统，构建一套完整的可拓展总线节点硬件解决方案，具有高速率、长距离、抗干扰的信号传输特性，可应用于空间分布式系统，有助于提高系统的协同处理性能。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于RapidIO协议的光纤总线的硬件系统，包括多个RapidIO节点和RapidIO交换机，所述RapidIO节点是系统平台上的多个分布式数据采集终端，所述RapidIO节点与所述RapidIO交换机之间通过光纤进行连接。

所述RapidIO交换机包括RapidIO交换板卡和与RapidIO交换板卡通过VPX接口连接的后IO板，所述后IO板用于将RapidIO交换板卡的RapidIO接口转换成多个光纤接口，用于多个RapidIO交换机之间的光纤级联。

所述RapidIO交换机包括RapidIO交换板卡和与RapidIO交换板卡通过VPX接口连接的背板，所述背板用于将RapidIO交换板卡的RapidIO接口扩展成多个，用于多个RapidIO交换机之间的背板级联。

所述RapidIO交换板卡中的P2口提供2路×4的RapidIO数据通道，P1口提供1路×4的RapidIO数据通道，P0口提供电源、时钟以及I²C和GA引脚。

所述P2口和P1口的每路×4的RapidIO数据通道的串行速率12.5Gb/s，数据带宽10Gb/s。

所述后IO板采用支持XAUI接口的光模块，通过3.125Gb/s×4的速率，实现RapidIO交换板卡的P2口的后IO扩展。

所述RapidIO交换板卡内部光收发是通过电平匹配，将4路串行×1的RapidIO数据通道AC耦合到SFP光模块，通过光纤传输RapidIO数据。

所述4路串行×1的RapidIO数据通道的串行速率2.5Gb/s，数据带宽2Gb/s。

所述RapidIO节点将采集到的数据通过FPGA进行处理，使其满足RapidIO标准，再传输到RapidIO交换机上。

所述RapidIO交换板卡上的控制系统采用PowerPC处理器，完成交换板卡芯片的初始化上电配置，以及通过I²C上报网络状态，实现外部故障管理，流量控制的功能。

本发明提出的采用RapidIO互连协议的光纤总线硬件系统，与常规总线系统相比具有以下特点：

（1）传输特性：通过光电转换的信号传输具有高速率、长距离、抗干扰等特点；

（2）逻辑层特性：支持基于储存器映射的I/O逻辑操作、基于端口的消息传递和基于硬件一致性的全局共享分布式储存器，可应用于空间分布式系统，有助于提高系统的协同处理性能；

（3）流量控制特性：采用先进的链路级流量控制（物理层字符流量控制）和端到端流量控制技术（逻辑链路层的数据包流量控制），保证用户所需的QoS水平；

（4）延迟特性：具有少量的竞争和仲裁开销，较高的操作频率和分离、并发的应答路径，任意包交换延迟可控制在75ns以下。

附图说明

图1是本发明所提供的硬件系统实施例一的构架示意图；

图2是本发明所提供的硬件系统实施例二的构架示意图；

图3是本发明的RapidIO节点电气连接示意图；

图4是本发明的RapidIO交换板卡电气连接示意图；

图5是本发明的后IO板电气连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做一详细的说明。

图1所示本发明所提供的基于RapidIO协议的光纤总线的硬件系统第一实施例构架图，主要由三部分组成：RapidIO节点、RapidIO交换机和后IO板。RapidIO节点是系统平台上的多个分布式数据采集终端，RapidIO节点之间通过RapidIO交换机的交换板卡进行连接。RapidIO交换机之间通过光纤总线进行级联或者交叉互联。后IO板用于将RapidIO交换板卡的串行RapidIO接口扩展成多个光纤通道，用于实现多交换板的光纤级联。

图2所示的第二实施例中，与第一实施例的不同在于，RapidIO交换机之间是通过背板来实现级联的。

下面对RapidIO节点做更进一步的说明：

RapidIO节点是系统平台上各个分布式数据采集终端，如高清摄像头，雷达阵列等，通过一种可拓展的通用RapidIO节点板卡进行连接。

如图3所示，一RapidIO节点设备产生的高速数据包需要从本交换系统发往另外一个交换系统。RapidIO节点首先是将采集到的数据通过FPGA进行处理，使其满足RapidIO标准再对其进行数据转换与传输。

FPGA是该节点核心控制器，采用Altera的Cyclone IV系列FPGA，带有千兆串行收发器，用于支持RapidIO物理层连接，并且Altera提供成熟完整的RapidIO2.1版本的IP核以及相关的解决方案。

数据传输和控制端采用FMC连接器，其自定义接口如下：

a.独立的32bit宽度的读数据总线：32根单端信号线（LVTTL电平）作为数据线，1根单端信号线（LVTTL电平）作为时钟，1根单端信号线（LVTTL电平）作为使能（低电平有效）；

b.独立的32bit宽度的写数据总线：32根单端信号线（LVTTL电平）作为数据线，1根单端信号线（LVTTL电平）作为时钟，1根单端信号线（LVTTL电平）作为使能（低电平有效）；

c.独立的8bit宽度的地址总线：8根单端信号线（LVTTL电平）作为地址线，1根单端信号线（LVTTL电平）作为使能（低电平有效），地址总线和读/写数据总线配合使用，完成对节点板上的FPGA内部寄存器的访问/设置。

节点发出的数据包经过光纤传输到交换板后，由交换板进行下一步的处理。

下面对RapidIO交换板卡做进一步的说明。

如图4所示，本发明的RapidIO中心交换板选用IDT公司的CPS1848芯片，该芯片拥有18个口，48个lane，是Gen2的SRIO交换芯片，支持1x,2x,4x接口，线速最高支持1.25，2.5，3.125，5.0，6.25GBaud，完全兼容Gen1SRIO产品，由此可见CPS1848完全能够满足光纤数据接口交换的要求。

RapidIO交换板卡采用标准的3U板卡结构，与背板采用VPX技术连接，其中P2口提供2路×4的RapidIO数据通道，P1口提供1路×4的RapidIO数据通道，P2口和P1口的每路×4的RapidIO数据通道串行速率12.5Gb/s(3.125×4)，数据带宽10Gb/s，可用作数据监测或板级的扩展。P0口提供电源、时钟以及I2C和GA引脚。与节点设计一样，RapidIO交换板卡内部光收发室通过电平匹配，将4路串行×1的RapidIO数据通道AC耦合到SFP光模块，通过光纤传输RapidIO数据，每路RapidIO数据通道串行速率2.5Gb/s，数据带宽2Gb/s。

RapidIO交换板卡的控制系统采用的是PowerPC处理器，其功能是完成CPS1848初始化上电配置，以及通过I²C上报网络状态，实现外部故障管理，流量控制等功能。

如图5所示，本发明的后IO板用作实现RapidIO交换板卡的P2接口的后IO扩展。后IO板卡在VPX机箱后部，采用2个Finisar公司的FTLX1451E2光模块（图中示意的XPAK），该光模块支持XAUI接口，3.125Gb/s×4速率。通过后IO板，将P2口的两路3.125Gb/s×4串行RapidIO接口扩展成光纤通道，用于实现多交换板的光纤级联。

本发明可以使RapidIO系统通过高带宽、抗干扰的光纤传输技术将常规板卡级、机箱级的RapidIO互联系统拓展到机箱与机箱间的互联，实现了RapidIO系统的区域互联。这种总线可应用于装甲车辆平台各设备机箱间的高速互联，提高整车信息系统的实时数据交换、处理能力。

Claims (10)

1.一种基于RapidIO协议的光纤总线的硬件系统，其特征在于，包括多个RapidIO节点和RapidIO交换机，所述RapidIO节点是系统平台上的多个分布式数据采集终端，所述RapidIO节点与所述RapidIO交换机之间通过光纤进行连接。

2.根据权利要求1所述的基于RapidIO协议的光纤总线的硬件系统，其特征在于，所述RapidIO交换机包括RapidIO交换板卡和与RapidIO交换板卡通过VPX接口连接的后IO板，所述后IO板用于将RapidIO交换板卡的RapidIO接口转换成多个光纤接口，用于多个RapidIO交换机之间的光纤级联。

3.根据权利要求1所述的基于RapidIO协议的光纤总线的硬件系统，其特征在于，所述RapidIO交换机包括RapidIO交换板卡和与RapidIO交换板卡通过VPX接口连接的背板，所述背板用于将RapidIO交换板卡的RapidIO接口扩展成多个，用于多个RapidIO交换机之间的背板级联。

4.根据权利要求2或3所述的基于RapidIO协议的光纤总线的硬件系统，其特征在于，所述RapidIO交换板卡中的P2口提供2路×4的RapidIO数据通道，P1口提供1路×4的RapidIO数据通道，P0口提供电源、时钟以及I²C和GA引脚。

5.根据权利要求4所述的基于RapidIO协议的光纤总线的硬件系统，其特征在于，所述P2口和P1口的每路×4的RapidIO数据通道的串行速率12.5Gb/s，数据带宽10Gb/s。

6.根据权利要求2所述的基于RapidIO协议的光纤总线的硬件系统，其特征在于，所述后IO板采用支持XAUI接口的光模块，通过3.125Gb/s×4的速率，实现RapidIO交换板卡的P2口的后IO扩展。

7.根据权利要求2或3所述的基于RapidIO协议的光纤总线的硬件系统，其特征在于，所述RapidIO交换板卡内部光收发是通过电平匹配，将4路串行×1的RapidIO数据通道AC耦合到SFP光模块，通过光纤传输RapidIO数据。

8.根据权利要求7所述的基于RapidIO协议的光纤总线的硬件系统，其特征在于，所述4路串行×1的RapidIO数据通道的串行速率2.5Gb/s，数据带宽2Gb/s。

9.根据权利要求1所述的基于RapidIO协议的光纤总线的硬件系统，其特征在于，所述RapidIO节点将采集到的数据通过FPGA进行处理，使其满足RapidIO标准，再传输到RapidIO交换机上。

10.根据权利要求2或3所述的基于RapidIO协议的光纤总线的硬件系统，其特征在于，所述RapidIO交换板卡上的控制系统采用PowerPC处理器，完成交换板卡芯片的初始化上电配置，以及通过I²C上报网络状态，实现外部故障管理，流量控制的功能。