CN110519667B - 一种实现光信号线路交叉的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实现光信号线路交叉的方法。该方法首先通过FPGA内的SERDES将光信号转换为电信号，然后通过FIFO对电信号进行跨时钟域处理，将各路SERDES输出的电信号统一到同一个快时钟域。接下来对统一时钟域后的电信号进行线路交叉，即根据用户需求将各路输入交叉到不同的输出。最后通过TXPI的方法将交叉后的电信号再以光的形式分别从各路SERDES输出。本发明提出的方法具有消耗逻辑资源少、线路交叉的光信号不区分信号协议的优点，为实现光信号线路交叉的功能需求提供了一种极具参考价值的方法。

Description

一种实现光信号线路交叉的方法
技术领域
本发明涉及光通讯领域中的光交叉，尤其涉及一种实现光信号线路交叉的方法。
背景技术
光交叉连接（OXC）是用于光纤网络节点的设备，通过对光信号进行线路交叉，能够灵活有效地管理光传输网络，是实现可靠的网络保护/恢复以及自动配线和监控的重要手段。通常实现光信号线路交叉的方法是将光信号通过电子元件转为电信号后再对电信号进行交叉，这种交叉方式具有灵活性，且设备体积可以做的很小，易于系统集成。在电子元件中进行线路交叉时，通常的做法是先对接收的光信号进行协议解析，然后再对解析后的信号进行交叉，最后将交叉后的信号再按照相应的协议以光的形式输出。例如对多路10GE的光信号进行线路交叉，通常的做法是首先对10GE进行包解析，将每路10GE解析出各个包，然后对这些包按特定交叉需求进行交叉，最后对交叉后的各个包再按照10GE协议以光的形式输出。而如果交叉的光信号不是10GE而是SDH，那么交叉首先要对SDH进行解析，然后再交叉，最后再按照SDH协议将交叉后的信号以光形式输出。这样的交叉方法由于要对信号进行协议解析，且不同的协议信号需要有不同的协议解析逻辑对应，所以会消耗大量的逻辑资源，且不具有一般性。所以一种好的实现光信号的线路交叉方法在光交叉技术领域中起到了至关重要的作用。
发明内容
鉴于现在技术存在的问题，本发明提供一种实现光信号线路交叉的方法。本发明的目的就是要解决上述技术中存在的逻辑资源消耗多、信号交叉不具有一般性的问题。
本发明采取的技术方案是：一种实现光信号线路交叉的方法，其特征在于，包括：
1）该方法首先通过FPGA内的SERDES将光信号转换为电信号，然后通过FIFO对电信号进行跨时钟域处理，将各路SERDES输出的电信号统一到同一个时钟域。此处需注意该统一后的时钟local_clk的频率比SERDES恢复光信号的时钟ser_rx_clk频率要快，即统一后会将各路SERDES连续输出的电信号格式转换为local_clk时钟域下间断的带有效标志的电信号格式；
2）该方法进行线路交叉的对象是统一时钟域后的间断电信号。交叉是根据用户需求将各路输入交叉到不同的输出，例如将输入0交叉到输出1，输入1交叉到输出3等。此处需注意经交叉后的信号仍然是local_clk时钟域下的间断格式；
3）该方法采用的对交叉后的电信号从SERDES输出的方法是TXPI。即利用SERDES的TXPI功能实现将交叉后的电信号从SERDES输出的目的。TXPI是SERDES中的一个组件，通过调节TXPI可以动态的瞬时调节SERDES发送方向时钟ser_tx_clk的周期；
4）该方法实现TXPI的具体方法为，通过FIFO缓存交叉后的信号，并在缓存数据达到1/2 FIFO深度时开始读取，TXPI调节的便是SERDES发送方向的时钟ser_tx_clk，亦即读取FIFO的时钟。该方法根据1/4 FIFO深度的编程空pempty与3/4 FIFO深度的编程满pfull决定TXPI正负调节，即当pempty有效时，表明读取FIFO的ser_tx_clk时钟过快，此时需对TXPI进行正调整以将ser_tx_clk周期延长一些，也就是频率调慢一些；而当pfull有效时，表明读取FIFO的ser_tx_clk时钟过慢，此时需将TXPI进行负调整以将ser_tx_clk周期缩短一些，也就是频率调快一些。通过TXPI的调节使得FIFO读写间隔在FIFO的1/4到3/4区间内，从而实现将交叉后的电信号以光的形式从SERDES输出的目的。
本发明所产生的有益效果是：本发明解决了现有技术中存在的逻辑资源消耗多、信号交叉不具有一般性的问题，本发明提出的方法具有消耗逻辑资源少、线路交叉的光信号不区分信号协议的优点，为实现光信号线路交叉的功能需求提供了一种极具参考价值的方法，在光信号线路交叉技术领域具有广泛的应用价值。
附图说明
图1为本发明实现光信号线路交叉的原理图；
图2为本发明实现TXPI的原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步说明：
图1示意了本发明实现光信号线路交叉的原理，其中serdes_rx为SERDES的接收组件，用于完成光电信号转换以及时钟恢复，进而得到恢复时钟ser_rx_clk与数据ser_rx_data。不同的收光SERDES通道会恢复出不同的时钟，在图1中以下标_n标识，这些恢复出的不同时钟对于同一种协议的光信号来说其时钟频率间有频偏。FIFO用于数据的跨时钟域，即将ser_rx_data同步到本地时钟local_clk时钟域下，各路SERDES通道对应的FIFO读时钟都为相同的local_clk，此处需注意local_clk的时钟频率要比ser_rx_clk快，目的是将不同的SERDES通道数据统一到同一个时钟域而不用考虑不同通道ser_rx_clk的时钟频偏问题。统一时钟域后得到带有效标志的间断数据，用local_valid和local_data表示。switch模块用于实现信号的交叉，即根据用户需求将输入交叉到输出，例如将输入0交叉到输出1，输入1交叉到输出3等，得到的交叉后数据用local_valid_s和local_data_s标识，此处需注意交叉后的数据依然在local_clk时钟域下。对于switch的实现方法有很多，比如可以通过简单的MUX选择器实现，或可通过复杂的CLOS交叉网络实现，关于switch的实现并不是本发明讨论的重点。本发明的核心在于通过将不同通道SERDES数据统一到一个快时钟域并结合TXPI调节功能来实现信号的交叉功能,从而避免复杂的协议解析逻辑以及信号协议的适用单一性。TXPI是SERDES中的一个组件，通过调节TXPI可以动态的瞬时调节SERDES发送方向时钟ser_tx_clk的周期，从而实现将交叉后间断格式的信号连续输出的目的。serdes_tx是SERDES的发送组件，用于将电信号转换为光信号并输出。图1中所有带下标的信号标识_n都表示多路的含义。
图2示意了本发明实现TXPI的原理图，这也是本发明的核心所在，正如上述说明，本发明正是将不同通道SERDES数据先统一到一个快的时钟域下，交叉后再通过TXPI的功能实现信号的输出，从而避免了复杂的协议解析。图2中的FIFO用于接收交叉后的数据local_valid_s和local_data_s，并当写入1/2 FIFO深度时开始读取，写FIFO的时钟为local_clk，读FIFO的时钟为ser_tx_clk，写FIFO只有在交叉信号的有效标志local_valid_s有效时数据才写入到FIFO中，而读取FIFO是一旦开始读取便连续读。读取FIFO的时钟ser_tx_clk来自于serdes_tx组件，并受txpi_adj模块调节。txpi_adj模块的调节依据来自于1/4 FIFO深度的编程空pempty与3/4 FIFO深度的编程满pfull，即当pempty有效时，表明读取FIFO的ser_tx_clk时钟过快，此时需对TXPI进行正调整以将ser_tx_clk周期延长一些，也就是频率调慢一些；而当pfull有效时，表明读取FIFO的ser_tx_clk时钟过慢，此时需将TXPI进行负调整以将ser_tx_clk周期缩短一些，也就是频率调快一些；通过TXPI的调节使得FIFO读写间隔在FIFO的1/4到3/4区间内，从而实现交叉信号连续不断的在ser_tx_clk时钟域下通过SERDES输出。需注意的是txpi_adj工作在独立的系统时钟sys_clk时钟域下。
从上述对光信号线路交叉的方法可以看出，本发明提出的TXPI方法不局限于交叉任何类型的信号，对于SDH、10GE等光信号都可以采用统一的TXPI方法处理。而且该方法仅仅通过FIFO，并辅以简单的TXPI调节便可实现光信号的交叉，避免了复杂的协议解析逻辑，降低了开发成本。综上，本发明提供的方法为光信号线路交叉技术提供了有益的参考。

Claims (2)

1.一种实现光信号线路交叉的方法，该方法基于FPGA的硬件平台上实现，其特征在于：
1）该方法首先通过FPGA内的SERDES将光信号转换为电信号，然后通过FIFO对电信号进行跨时钟域处理，将各路SERDES输出的电信号统一到同一个时钟域，此处需注意该统一后的时钟local_clk的频率比SERDES恢复光信号的时钟ser_rx_clk频率要快，即统一后会将各路SERDES连续输出的电信号格式转换为local_clk时钟域下间断的带有效标志的电信号格式；
2）该方法进行线路交叉的对象是统一时钟域后的间断电信号，交叉是根据用户需求将各路输入交叉到不同的输出，此处需注意经交叉后的信号仍然是local_clk时钟域下的间断格式；
3）该方法采用的对交叉后的电信号从SERDES输出的方法是TXPI，即利用SERDES的TXPI功能实现将交叉后的电信号从SERDES输出的目的，TXPI是SERDES中的一个组件，通过调节TXPI可以动态的瞬时调节SERDES发送方向时钟ser_tx_clk的周期；
4）该方法实现TXPI的具体方法为，通过FIFO缓存交叉后的信号，并在缓存数据达到1/2FIFO深度时开始读取，TXPI调节的便是SERDES发送方向的时钟ser_tx_clk，亦即读取FIFO的时钟，该方法根据1/4 FIFO深度的编程空pempty与3/4 FIFO深度的编程满pfull决定TXPI正负调节，即当pempty有效时，表明读取FIFO的ser_tx_clk时钟过快，此时需对TXPI进行正调整以将ser_tx_clk周期延长一些，也就是频率调慢一些；而当pfull有效时，表明读取FIFO的ser_tx_clk时钟过慢，此时需将TXPI进行负调整以将ser_tx_clk周期缩短一些，也就是频率调快一些，通过TXPI的调节使得FIFO读写间隔在FIFO的1/4到3/4区间内，从而实现将交叉后的电信号以光的形式从SERDES输出的目的。
2.根据权利要求1所述的一种实现光信号线路交叉的方法，其特征在于：
所述TXPI功能的具体实现方法如下：
该方法将不同通道SERDES数据先统一到一个快的时钟域下，交叉后再通过TXPI的功能实现信号的输出，从而避免了复杂的协议解析；
TXPI功能中使用的FIFO用于接收交叉后的数据，即以local_valid_s和local_data_s表示的间断信号，并当写入1/2 FIFO深度时开始读取，写FIFO的时钟为local_clk，读FIFO的时钟为ser_tx_clk，写FIFO只有在交叉信号的有效标志local_valid_s有效时数据才写入到FIFO中，而读取FIFO是一旦开始读取便连续读；
读取FIFO的时钟ser_tx_clk来自于serdes_tx组件，并受txpi_adj模块调节；txpi_adj模块的调节依据来自于1/4 FIFO深度的编程空pempty与3/4 FIFO深度的编程满pfull，即当pempty有效时，表明读取FIFO的ser_tx_clk时钟过快，此时需对TXPI进行正调整以将ser_tx_clk周期延长一些，也就是频率调慢一些；而当pfull有效时，表明读取FIFO的ser_tx_clk时钟过慢，此时需将TXPI进行负调整以将ser_tx_clk周期缩短一些，也就是频率调快一些；
通过TXPI的调节使得FIFO读写间隔在FIFO的1/4到3/4区间内，从而实现交叉信号连续不断的在ser_tx_clk时钟域下通过SERDES输出，需注意的是txpi_adj工作在独立的系统时钟sys_clk时钟域下。
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