CN109800195A - 一种基于fpga的光纤通道适配器及数据传输方法 - Google Patents

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马丽丽
李萌
宋立伟
罗春柳
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Abstract

本发明特别涉及一种基于FPGA的光纤通道适配器及数据传输方法。该基于FPGA的光纤通道适配器及数据传输方法，基于PCI Express总线架构，包括FPGA主控芯片，光纤模块和光纤，所述FPGA主控芯片是整个通信系统的控制中心，负责完成高速数据的发送和接收；所述光纤模块是高速数据的传输媒介；所述FPGA主控芯片选用1组64位DDR3 SDRAM作为高速缓存；板卡具有光耦隔离输入、输出数字离散IO，板载1片32Mbyte SPI Flash，用于存储少量参数信息。该基于FPGA的光纤通道适配器及数据传输方法，通用性强，适应范围广，能够通过光纤完成通信系统中板卡之间的高速数据传输，数据传输速率可达10Gbps，极大地提高了数据传输效率，为设备信息交互效率提供了保障。

Description

一种基于FPGA的光纤通道适配器及数据传输方法
技术领域
本发明涉及工业计算机技术领域，特别涉及一种基于FPGA的光纤通道适配器及数据传输方法。
背景技术
近年来，电子信息技术迅速发展，并在为人们的日常生活中发挥着越来越重要的作用，为人们的日常生活带来了极大的便利。各种设备之间的数据交互几乎无时无刻不在发生。在需要大量的数据处理或者动态的数据交互过程的场合，适配器作为数据集与数据源交互的桥梁，可以通过无连接的方式完成数据源本地拷贝的数据集与数据源之间的数据交互。适配器之间信息传输速度决定了各设备之间的数据交互效率，对设备的正常运行具有重要意义。
近年来，随着信息化发展，用户对通信网络的带宽和速率需求日益增长，在实时通信系统中板间互联逐步成为影响性能的一个瓶颈，这大大加快了光纤通信的发展。
在当今各种高速信号传输方式中，光纤传输凭借其具有传输距离远、速度高、可扩展等优点，得到了越来越多的应用，在存储领域占有重要地位。光纤传输适配器是整个光纤传输系统中的关键模块,是连接光纤和其它模块的桥梁。
FPGA芯片是一种大规模可编程逻辑器件，它具有逻辑单元灵活、开发周期短、制造成本低等特点。尤其是新一代新型FPGA芯片内部集成了高速通道收发器，对于提高信息传输效率更是意义重大。
基于上述情况，本发明设计了一种基于FPGA的光纤通道适配器及数据传输方法。本发明利用FPGA芯片内置的高速通道收发器驱动光纤模块，FPGA编程实现各种传输协议和对外接口通信，相比于传统方法具有一定的通用性和易维护性。
发明内容
本发明为了弥补现有技术的缺陷，提供了一种简单高效的基于FPGA的光纤通道适配器及数据传输方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种基于FPGA的光纤通道适配器，其特征在于：基于PCI Express总线架构，包括FPGA主控芯片，光纤模块和光纤，所述FPGA主控芯片是整个通信系统的控制中心，负责完成高速数据的发送和接收；所述光纤模块是高速数据的传输媒介；所述FPGA主控芯片选用1组64位DDR3SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory，同步动态随机存储器)作为高速缓存；板卡具有光耦隔离输入、输出数字离散IO，板载1片32Mbyte SPI Flash，用于存储少量参数信息。
本发明基于FPGA的光纤通道适配器，板载1片128Mbyte Flash，用于FPGA主控芯片的加载；所述64位DDR3SDRAM用于实现高速数据缓存，为高速数据传输提供大容量的缓存。
所述光纤模块用于完成系统数据的光电、电光信号转换，通过光纤进行数据传输，光纤模块提供10G的光纤或以太网数据收发能力。
所述光纤模块对外接口选用10Gbps SFP+光纤收发器，SFP+光纤收发器作为系统通信的接口通过笼子尾部的连接器与FPGA主控芯片数据处理系统进行数据的交互。
本发明基于FPGA的光纤通道适配器及数据传输方法，包括高速数据发送和高速数据接收两部分；
所述高速数据发送是指从BRAM(Bipolar Random Access Memory，双极随机存取存储器)中读取高速数据，然后打包数据成帧实现实时发送到光纤模块中，经电光信号转换后经光纤发送到接收端；
所述高速数据接收是指光纤模块接收光信号后，经光电信号转换送回FPGA主控芯片，FPGA主控芯片去掉数据中的冗余位，提取出原始的高速数据。
所述高速数据发送过程，具体包括以下步骤：
(4)检测内部发送状态，判断缓冲区是否有数据待发送；当发送数据准备好之后，将发送控制寄存器中表示允许发送位置设置为有效；
(5)发送控制逻辑将一帧数据重新封装，添加帧头和帧尾，并转换成并行数据送出，同时设置FPGA主控芯片标志位；
(6)FPGA主控芯片将并行数据转换成为串行数据，通过电光信号转换后发送到光纤传输。
所述步骤(1)中，若通过异步FIFO发现有缓冲区，则向内部发送缓冲区写数据，数据宽度为8位，同时在发送缓冲区最前面写入需要发送数据的个数。
所述步骤(2)中，重新封装的数据转换成FPGA主控芯片需要的8位并行数据后送出。
所述高速数据发送过程，具体包括以下步骤：
(3)光纤模块接收光纤数据后，将光纤数据通过光电信号转换后，将串行数据转换为8位并行数据；
(4)接收控制逻辑将一帧数据解封，去掉帧头和帧尾，并转换成FPGA主控芯片需要的8位数据接收，同时设置FPGAFPGA主控芯片标志位。
本发明的有益效果是：该基于FPGA的光纤通道适配器及数据传输方法，基于PCIExpress总线架构，适用于带有PCI Express总线插槽的计算机设备，通用性强，适应范围广，能够通过光纤完成通信系统中板卡之间的高速数据传输，数据传输速率可达10Gbps，极大地提高了数据传输效率，为设备信息交互效率提供了保障。
附图说明
附图1为本发明FPGA主控芯片接口电路示意图。
附图2为本发明光纤模块接口电路示意图。
附图3为本发明光纤传输系统发送数据流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行详细的说明。应当说明的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
该基于FPGA的光纤通道适配器，基于PCI Express总线架构，包括FPGA主控芯片，光纤模块和光纤，所述FPGA主控芯片是整个通信系统的控制中心，负责完成高速数据的发送和接收；所述光纤模块是高速数据的传输媒介；所述FPGA主控芯片选用1组64位DDR3SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory，同步动态随机存储器)作为高速缓存；板卡具有光耦隔离输入、输出数字离散IO，板载1片32Mbyte SPI Flash，用于存储少量参数信息。
该基于FPGA的光纤通道适配器，板载1片128Mbyte Flash，用于FPGA主控芯片的加载；所述64位DDR3SDRAM用于实现高速数据缓存，为高速数据传输提供大容量的缓存。
所述光纤模块用于完成系统数据的光电、电光信号转换，通过光纤进行数据传输，光纤模块提供10G的光纤或以太网数据收发能力。
所述光纤模块对外接口选用10Gbps SFP+光纤收发器，SFP+光纤收发器作为系统通信的接口通过笼子尾部的连接器与FPGA主控芯片数据处理系统进行数据的交互。
该基于FPGA的光纤通道适配器及数据传输方法，包括高速数据发送和高速数据接收两部分；
所述高速数据发送是指从BRAM(Bipolar Random Access Memory，双极随机存取存储器)中读取高速数据，然后打包数据成帧实现实时发送到光纤模块中，经电光信号转换后经光纤发送到接收端；
所述高速数据接收是指光纤模块接收光信号后，经光电信号转换送回FPGA主控芯片，FPGA主控芯片去掉数据中的冗余位，提取出原始的高速数据。
所述高速数据发送过程，具体包括以下步骤：
(7)检测内部发送状态，判断缓冲区是否有数据待发送；当发送数据准备好之后，将发送控制寄存器中表示允许发送位置设置为有效；
(8)发送控制逻辑将一帧数据重新封装，添加帧头和帧尾，并转换成并行数据送出，同时设置FPGA主控芯片标志位；
(9)FPGA主控芯片将并行数据转换成为串行数据，通过电光信号转换后发送到光纤传输。
所述步骤(1)中，若通过异步FIFO发现有缓冲区，则向内部发送缓冲区写数据，数据宽度为8位，同时在发送缓冲区最前面写入需要发送数据的个数。
所述步骤(2)中，重新封装的数据转换成FPGA主控芯片需要的8位并行数据后送出。
所述高速数据发送过程，具体包括以下步骤：
(5)光纤模块接收光纤数据后，将光纤数据通过光电信号转换后，将串行数据转换为8位并行数据；
(6)接收控制逻辑将一帧数据解封，去掉帧头和帧尾，并转换成FPGA主控芯片需要的8位数据接收，同时设置FPGAFPGA主控芯片标志位。
该基于FPGA的光纤通道适配器，利用FPGA芯片内置的高速通道收发器驱动光纤模块，FPGA编程实现各种传输协议和对外接口通信；同时，选用半高半长PCIe卡，适合于目前主流半高机箱的服务器或小型工作站。

Claims (9)

1.一种基于FPGA的光纤通道适配器，其特征在于：基于PCI Express总线架构，包括FPGA主控芯片，光纤模块和光纤，所述FPGA主控芯片是整个通信系统的控制中心，负责完成高速数据的发送和接收；所述光纤模块是高速数据的传输媒介；所述FPGA主控芯片选用1组64位DDR3 SDRAM作为高速缓存；板卡具有光耦隔离输入、输出数字离散IO，板载1片32MbyteSPI Flash，用于存储少量参数信息。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的光纤通道适配器，其特征在于：板载1片128MbyteFlash，用于FPGA主控芯片的加载；所述64位DDR3 SDRAM用于实现高速数据缓存，为高速数据传输提供大容量的缓存。
3.根据权利要求1或2所述的基于FPGA的光纤通道适配器，其特征在于：所述光纤模块用于完成系统数据的光电、电光信号转换，通过光纤进行数据传输，光纤模块提供10G的光纤或以太网数据收发能力。
4.根据权利要求3所述的基于FPGA的光纤通道适配器，其特征在于：所述光纤模块对外接口选用10Gbps SFP+光纤收发器，SFP+光纤收发器作为系统通信的接口通过笼子尾部的连接器与FPGA主控芯片数据处理系统进行数据的交互。
5.根据权利要求1～4所述的基于FPGA的光纤通道适配器的数据传输方法，其特征在于：包括高速数据发送和高速数据接收两部分；所述高速数据发送是指从BRAM中读取高速数据，然后打包数据成帧实现实时发送到光纤模块中，经电光信号转换后经光纤发送到接收端；所述高速数据接收是指光纤模块接收光信号后，经光电信号转换送回FPGA主控芯片，FPGA主控芯片去掉数据中的冗余位，提取出原始的高速数据。
6.根据权利要求5所述的基于FPGA的光纤通道适配器的数据传输方法，其特征在于，所述高速数据发送过程，具体包括以下步骤：
(1)检测内部发送状态，判断缓冲区是否有数据待发送；当发送数据准备好之后，将发送控制寄存器中表示允许发送位置设置为有效；
(2)发送控制逻辑将一帧数据重新封装，添加帧头和帧尾，并转换成并行数据送出，同时设置FPGA主控芯片标志位；
(3)FPGA主控芯片将并行数据转换成为串行数据，通过电光信号转换后发送到光纤传输。
7.根据权利要求6所述的基于FPGA的光纤通道适配器的数据传输方法，其特征在于：所述步骤(1)中，若通过异步FIFO发现有缓冲区，则向内部发送缓冲区写数据，数据宽度为8位，同时在发送缓冲区最前面写入需要发送数据的个数。
8.根据权利要求7所述的基于FPGA的光纤通道适配器的数据传输方法，其特征在于：所述步骤(2)中，重新封装的数据转换成FPGA主控芯片需要的8位并行数据后送出。
9.根据权利要求6所述的基于FPGA的光纤通道适配器的数据传输方法，其特征在于：所述高速数据发送过程，具体包括以下步骤：
(1)光纤模块接收光纤数据后，将光纤数据通过光电信号转换后，将串行数据转换为8位并行数据；
(2)接收控制逻辑将一帧数据解封，去掉帧头和帧尾，并转换成FPGA主控芯片需要的8位数据接收，同时设置FPGAFPGA主控芯片标志位。
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