CN111145528A

CN111145528A - 一种基于单路光纤的多源数据传输装置及方法

Info

Publication number: CN111145528A
Application number: CN201911383863.0A
Authority: CN
Inventors: 张东; 孙建华
Original assignee: 717th Research Institute of CSIC
Current assignee: 717th Research Institute of CSIC
Priority date: 2019-12-28
Filing date: 2019-12-28
Publication date: 2020-05-12

Abstract

本发明提供一种基于单路光纤的多源数据传输装置及方法，该装置包括数据预处理模块、数据打包模块、数据串行化模块和电光转换模块；其中数据预处理模块用于接收多路并行数据进行时序转换后，发送至数据打包模块。数据打包模块，用于将时序转换后的多路并行数据打包成数据包队列。数据串行化模块用于将数据打包模块输出的并行数据串行化。电光转换模块用于将所述串行差分电信号转换为光信号，并通过单路光纤输出。与现有多源数据传输系统需要较多的高速收发器资源与光纤，结构复杂，传输链路硬件成本高相比，本发明结构简单，物理尺寸小，硬件成本低，并且本发明采用单路光纤传输多路数据，系统带宽利用率高。

Description

一种基于单路光纤的多源数据传输装置及方法

技术领域

本发明实施例涉及高速数据传输领域，尤其涉及一种基于单路光纤的多源数据传输装置及方法。

背景技术

随着超高清视频采集系统、万兆以太网、雷达等技术发展，这些高带宽数据通过传统并行传输方式已经不能满足速率要求，高速串行传输技术应运而生。高速串行传输技术具有连接简单、传输速率高、可靠性高、硬件开销小等优势，逐渐成为高速传输领域的主流与研究的热点。在高速串行传输领域，相较于传统电缆，光纤具有传输距离远、信号串扰小、抗电磁干扰、传输稳定、信号损耗小等优势，成为行业主流传输介质。

针对多源数据传输，现阶段数据传输系统一般采用多路光纤，每路光纤只传输一路数据，这种传输系统存在以下缺点：第一、系统结构复杂、硬件成本高，如果系统数据源较多，需要较多的高速收发器资源与光纤，会大幅度增加传输链路硬件成本。第二、系统可适配性低、不易拓展应用，当系统数据源增加时，需要在硬件设计上增加链路个数，否则不能实现所有数据传输，系统不能自适应工作。第三、系统可能存在较多的资源浪费，当系统数据源减少时，多余的链路会闲置，造成传输链路资源浪费。

发明内容

本发明实施例提供一种基于单路光纤的多源数据传输装置及方法，用以解决现有多源数据传输系统需要较多的高速收发器资源与光纤，结构复杂，传输链路硬件成本高的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种基于单路光纤的多源数据传输装置，包括数据预处理模块、数据打包模块、数据串行化模块和电光转换模块；其中：

数据预处理模块，用于接收多路并行数据进行时序转换后，发送至数据打包模块；

数据打包模块，用于将时序转换后的多路并行数据打包成数据包队列，并传输至数据串行化模块；

数据串行化模块，用于将数据打包模块输出的并行数据串行化，获得串行差分电信号，并将所述串行差分电信号传输至电光转换模块；

电光转换模块，用于将所述串行差分电信号转换为光信号，并通过单路光纤输出。

进一步，所述数据预处理模块具体用于：

通过FPGA内部FIFO资源，对接收的多路并行数据进行跨时钟域处理，将不同类型的多路数据转换到相同的高速收发时序下，并将时序转换后的数据送给数据打包模块。

进一步，所述数据串行化模块包括并行输入接口和串行数据输出接口，所述数据打包模块的输出端连接所述并行输入接口，所述串行数据输出接口连接电光转换模块的输入端。

进一步，所述电光转换模块为SFP光模块。

进一步，所述数据串行化模块的串行数据输出接口连接所述电光转换模块的差分输入接口。

第二方面，本发明实施例提供一种基于第一方面提供的多源数据传输装置的多源数据传输方法，包括：

接收多路并行数据进行进行跨时钟域处理；

将跨时钟域处理后的多路并行数据打包成数据包队列，并将所述数据包队列接入并行输入接口；

将并行输入的数据串行化，获得串行差分电信号；

将所述串行差分电信号转换为光信号，并通过单路光纤输出。

第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明第二方面实施例所述多源数据传输方法的步骤。

第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如本发明第二方面实施例所述多源数据传输方法的步骤。

本发明实施例提供的基于单路光纤的多源数据传输装置及方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1)与现有多源数据传输系统需要较多的高速收发器资源与光纤，结构复杂，传输链路硬件成本高相比，本发明实施例提供的基于单路光纤的多源数据传输装置，其结构简单，物理尺寸小，硬件成本低。

2)本发明采用单路光纤传输多路数据，系统带宽利用率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的基于单路光纤的多源数据传输装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的数据预处理模块的原理示意图；

图3为本发明实施例提供的数据打包模块原理示意图；

图4为本发明实施例提供的一种多源数据传输方法流程示意图；

图5为本发明实施例提供的电子设备结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

目前的多源数据传输系统一般采用多路光纤，每路光纤只传输一路数据，这种传输系统存在以下缺点：第一、系统结构复杂、硬件成本高，如果系统数据源较多，需要较多的高速收发器资源与光纤，会大幅度增加传输链路硬件成本。第二、系统可适配性低、不易拓展应用，当系统数据源增加时，需要在硬件设计上增加链路个数，否则不能实现所有数据传输，系统不能自适应工作。第三、系统可能存在较多的资源浪费，当系统数据源减少时，多余的链路会闲置，造成传输链路资源浪费。

因此，本发明实施例提供一种基于单路光纤的多源数据传输装置，其结构简单，物理尺寸小，硬件成本低。本发明采用单路光纤传输多路数据，系统带宽利用率高。解决了现有多源数据传输系统需要较多的高速收发器资源与光纤，结构复杂，传输链路硬件成本高的问题。以下将通过多个实施例进行展开说明和介绍。

图1为本发明实施例提供的基于单路光纤的多源数据传输装置的结构示意图，如图1所示，该装置包括数据预处理模块、数据打包模块、数据串行化模块和电光转换模块；其中：

数据预处理模块101，用于接收多路并行数据进行时序转换后，发送至数据打包模块102。

具体地，图2为本发明实施例提供的数据预处理模块的原理示意图。数据预处理模块用于实现多源数据检测及适配功能。参照图2，以数据预处理模块接收五路并行数据为例。数据预处理模块通过FPGA内部FIFO资源作跨时钟域处理，FIFO的write端信号为原始数据伴随时钟o_clk、数据使能信号data_en和原始数据o_data，FIFO的read端信号为高速收发器用户时钟gtp_user_clk下的有效数据gtp_data与数据准备好标识信号tx_ready，每一路数据信号进入数据预处理模块后，分别转换为高速收发器用户时钟域下的数据，对每一路数据的预处理都是并行独立实现，互不影响。

数据打包模块102，用于将时序转换后的多路并行数据打包成数据包队列，并传输至数据串行化模块103。

具体地，数据打包模块102通过在FPGA中建立“帧缓存模块”实现。此处，“帧缓存模块”是用FPGA内部FIFO资源构建的一个数据缓存区。数据打包模块102首先能够根据多路并行数据的数据类型确定数据包的长度。同时，对于多路并行数据中不同源的数据，需要在数据包头部添加特定标识；对于同源的数据，根据数据包个数添加对应的包号。然后，根据数据包头部的标识和数据包的包号产生数据包队列。

图3为本发明实施例提供的数据打包模块原理示意图，以五路数据为例，数据包队列的顺序根据多源数据中不同源数据的速率进行动态更新。本实施例中，数据包队列是五路数据按照优先级顺序排列的，其中数据速率高的队列优先级高。参照图3，每一路数据进入队列之前，都会自动检测其当前的优先级是否达到要求，若是则进入数据包队列，若不是，则不进入数据包队列。数据打包模块自动检测各路数据的数率并更新数据队列，实现多源数据实时传输。该多源数据传输装置结构简单、成本低，可自动检测各路数据的速率等信息，实现单路光纤实时传输多源数据功能，能广泛应用于不同类型的数据采集系统。

数据串行化模块103，用于将数据打包模块输出的并行数据串行化，获得串行差分电信号，并将所述串行差分电信号传输至电光转换模块104；

电光转换模块104，用于将所述串行差分电信号转换为光信号，并通过单路光纤输出。

2)可自动检测各路数据的速率等信息，实现单路光纤实时传输多源数据功能，能广泛应用于不同类型的数据采集系统。

3)本发明采用单路光纤传输多路数据，系统带宽利用率高。

在上述实施例的基础上，所述数据串行化模块103包括并行输入接口和串行数据输出接口，所述数据打包模块的输出端连接所述并行输入接口，所述串行数据输出接口连接电光转换模块的输入端。

具体地，所述的数据串行化模块103通过FPGA高速收发器资源实现，例化FPGA内部高速收发器资源。例化高速收发器时，将高速收发器参数设置为可动态配置，确保高速收发链路带宽大于多源数据总带宽。此处，多源数据是指多路并行数据。当数据源增加或减少时，只需修改高速收发器的配置参数即可。例化高速收发器后，数据串行化模块103具有并行输入接口与串行输出接口，将数据打包模块输出的数据包队列与数据串行化模块103的并行输入接口连接，可实现并行数据的串行化。

在上述各实施例的基础上，所述电光转换模块104为SFP光模块。所述数据串行化模块的串行数据输出接口连接所述电光转换模块的差分输入接口。

具体地，电光转换模块104采用SFP(Small Form Pluggable，小型可插拔)光模块。SFP光模块内部包含光电子器件、功能电路和光接口部分等，可以实现串行差分电信号到光信号的转换。SFP光模块提供给用户差分电信号接口与光接口，将数据串行化模块103输出的串行差分电信号接入到SFP光模块的差分输入接口，差分电信号可转换为光信号输出。

图4为本发明实施例提供的一种多源数据传输方法流程示意图，该方法包括：

S401，接收多路并行数据进行进行跨时钟域处理。

具体地，图2为本发明实施例提供的数据预处理模块的原理示意图，参照图1、图2和图4，数据预处理模块101接收多路并行数据进行进行跨时钟域处理。以五路并行数据为例。数据预处理模块通过FPGA内部FIFO资源作跨时钟域处理，FIFO的write端信号为原始数据伴随时钟o_clk、数据使能信号data_en和原始数据o_data，FIFO的read端信号为高速收发器用户时钟gtp_user_clk下的有效数据gtp_data与数据准备好标识信号tx_ready，每一路数据信号进入数据预处理模块后，分别转换为高速收发器用户时钟域下的数据，对每一路数据的预处理都是并行独立实现，互不影响。

S402，将跨时钟域处理后的多路并行数据打包成数据包队列，并将所述数据包队列接入并行输入接口。

具体地，在S401对进行进行跨时钟域处理后，数据打包模块102将跨时钟域处理后的多路并行数据打包成数据包队列。数据打包模块102通过在FPGA中建立“帧缓存模块”实现。此处，“帧缓存模块”是用FPGA内部FIFO资源构建的一个数据缓存区。图3为本发明实施例提供的数据打包模块原理示意图，以五路数据为例，数据包队列的顺序根据多源数据中不同源数据的速率进行动态更新。本实施例中，数据包队列是五路数据按照优先级顺序排列的，其中数据速率高的队列优先级高。参照图3，每一路数据进入队列之前，都会自动检测其当前的优先级是否达到要求，若是则进入数据包队列，若不是，则不进入数据包队列。数据打包模块自动检测各路数据的数率并更新数据队列，实现多源数据实时传输。

S403，将并行输入的数据串行化，获得串行差分电信号。

S404，将所述串行差分电信号转换为光信号，并通过单路光纤输出。

本实施例中，数据串行化模块103将数据打包模块输出的并行数据串行化，获得串行差分电信号。并将所述串行差分电信号传输至电光转换模块104。接着，电光转换模块104将串行差分电信号转换为光信号，并通过单路光纤输出。

进一步地，电光转换模块104采用SFP(Small Form Pluggable，小型可插拔)光模块。SFP光模块内部包含光电子器件、功能电路和光接口部分等，可以实现串行差分电信号到光信号的转换。SFP光模块提供给用户差分电信号接口与光接口，将数据串行化模块103输出的串行差分电信号接入到SFP光模块的差分输入接口，差分电信号可转换为光信号输出。

图5示例了一种电子设备结构示意图，如图5所示，该服务器可以包括：处理器(processor)501、通信接口(Communications Interface)502、存储器(memory)503和通信总线504，其中，处理器501，通信接口502，存储器503通过通信总线504完成相互间的通信。处理器501可以调用存储器503中的逻辑指令，以执行如下多源数据传输方法：接收多路并行数据进行进行跨时钟域处理；将跨时钟域处理后的多路并行数据打包成数据包队列，并将所述数据包队列接入并行输入接口；将并行输入的数据串行化，获得串行差分电信号；将所述串行差分电信号转换为光信号，并通过单路光纤输出。

本实施例还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如上述各实施例中所述多源数据传输方法的步骤。例如包括：接收多路并行数据进行进行跨时钟域处理；将跨时钟域处理后的多路并行数据打包成数据包队列，并将所述数据包队列接入并行输入接口；将并行输入的数据串行化，获得串行差分电信号；将所述串行差分电信号转换为光信号，并通过单路光纤输出。

综上所述，本发明实施例提供一种基于单路光纤的多源数据传输装置及方法，与现有多源数据传输系统需要较多的高速收发器资源与光纤，结构复杂，传输链路硬件成本高相比，本发明实施例提供的基于单路光纤的多源数据传输装置，其结构简单，物理尺寸小，硬件成本低。并且，本发明采用单路光纤传输多路数据，系统带宽利用率高。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种基于单路光纤的多源数据传输装置，其特征在于，包括数据预处理模块、数据打包模块、数据串行化模块和电光转换模块；其中：

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据预处理模块具体用于：

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据串行化模块包括并行输入接口和串行数据输出接口，所述数据打包模块的输出端连接所述并行输入接口，所述串行数据输出接口连接电光转换模块的输入端。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述电光转换模块为SFP光模块。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述数据串行化模块的串行数据输出接口连接所述电光转换模块的差分输入接口。

6.一种基于权利要求1～5任一项所述单路光纤的多源数据传输装置的多源数据传输方法，其特征在于，包括：

接收多路并行数据进行进行跨时钟域处理；

将并行输入的数据串行化，获得串行差分电信号；

7.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求6所述多源数据传输方法的步骤。

8.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求6所述多源数据传输方法的步骤。