CN112350916A - 基于fpga的pcie低频光纤桥接系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于FPGA的PCIE低频光纤桥接系统及方法，其中系统包括VPX连接器、FPGA模块、串化器模块、解串器模块、光模块和低频光口模块，所述光模块包括发送光模块和接收光模块，所述VPX连接器与FPGA模块相连接，所述FPGA模块与串化器模块相连接，所述串化器模块与发送光模块相连接，所述发送光模块与低频光口相连接；所述解串器模块与接收光模块相连接，所述接收光模块与低频光口相连接。与现有技术相比，本发明可简单有效的实现高速PCIE总线到低频光纤接口之间的系统桥接，电路简单可靠，有利于高速PCIE信号到低频光信号的远距离传输。

Description

基于FPGA的PCIE低频光纤桥接系统及方法
技术领域
本发明涉及计算机通讯领域，特别涉及一种基于FPGA的PCIE低频光纤桥接系统及方法。
背景技术
PCI-Express是继ISA和PCI总线之后的第三代I/O总线，具有传输距离远，功耗低的优点，近年来PCIE总线因其较高的数据传输速率和较少的的I/O引脚数量以及较强的抗干扰能力等优势逐渐替代CPCI总线成为计算机体系中的主要通信总线。光纤传输是以光导纤维为介质进行的数据、信号传输，光导纤维具有灵敏度高，不受电磁噪声之干扰，讯号串音小，传输质量高，保密性高等优势在军工领域应用广泛。FPGA现场可编程门阵列因其较高的处理速度和灵活的编程接口在军工产品的数据通信中占据重要地位。
在军用计算机控制系统中主处理器端通常采用高速PCIE总线通讯，低速设备端则采用低频光纤接口实现信号的扩展和远距离传输，因此需要一种PCIE高速通信端和光纤低频设备互联的桥接系统，来实现高速处理器到低速设备之间的远距离高可靠通信。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种基于FPGA的PCIE低频光纤桥接系统，实现高速PCIE总线到低速光纤接口的远距离可靠通信。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基于FPGA的PCIE低频光纤桥接系统，包括VPX连接器、FPGA模块、串化器模块、解串器模块、光模块和低频光口模块，所述光模块包括发送光模块和接收光模块，所述VPX连接器与FPGA模块相连接，实现高速PCIE信号的通信，所述FPGA模块与串化器模块相连接，实现高速PCIE的数据到低速并行数据流的解析转换，所述串化器模块与发送光模块相连接，实现低频串行数据的到光协议转换，所述发送光模块与低频光口相连接，实现光纤信号的远距离发送；所述解串器模块与接收光模块相连接，实现光协议到低频串行数据的转换，所述接收光模块与低频光口相连接，实现光纤信号的远距离接收。
另一方面，本发明实施例提供一种基于FPGA的PCIE低频光纤桥接方法，包括以下步骤：
下行传输时:高速PCIE信号通过VPX连接器接入桥接系统，输入数据流与FPGA模块相连，在FPGA模块中，PCIE高速模块采用赛灵思公司的AXI MEMORY MAPPED TO PCIEXPRESSIP核实现高速PCIEx4的协议解析，AXI协议转换模块采用自定义AXI接口IP实现AXI总线地址映射，低频滤波模块采集并口数据流数据进行滤波处理，将滤波后的数据写入AXI总线发送寄存器地址，FPGA模块输出的并口数据流输入串化器模块，实现低频端并口数据的LVDS串行化，串化后的低频串行数据与发送光模块相连接，实现光信号的转换，发送光模块与低频光口相连接，采用SC光纤接头实现光信号的远距离传输；
上行传输时:光信息通过低频光口接入桥接系统，接收光模块实现接收到的光信息与电信号的转换，将光信息转换成低频串行数据，输入解串器模块，实现串行数据流的并行解串化，解串后的并行数据流输入到FPGA模块，在FPGA模块的低频滤波模块中对采集到的低频并行数据进行滤波处理，并根据AXI总线地址写入接收寄存器地址，由AXI协议转换模块实现低频数据到AXI总线的传输，经过PCIE高速模块AXI MEMORY MAPPED TOPCIEXPRESS IP核实现高速PCIE总线的数据接收。
与现有技术相比，本发明可简单有效的实现高速PCIE总线到低频光纤接口之间的系统桥接，电路简单可靠，有利于高速PCIE信号到低频光信号的远距离传输。
附图说明
图1为本发明实施提供的一种基于FPGA的PCIE低频光纤桥接系统原理框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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。
在本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的描述的一些流程中，包含了按照特定顺序出现的多个操作，但是应该清楚了解，这些操作可以不按照其在本文中出现的顺序来执行或并行执行，操作的序号如101、102等，仅仅是用于区分开各个不同的操作，序号本身不代表任何的执行顺序。另外，这些流程可以包括更多或更少的操作，并且这些操作可以按顺序执行或并行执行。需要说明的是，本文中的“第一”、“第二”等描述，是用于区分不同的消息、设备、模块等，不代表先后顺序，也不限定“第一”和“第二”是不同的类型。
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，所描述的实施例仅仅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。
本发明实施例提供了一种基于FPGA的PCIE低频光纤桥接系统，如图1所示，包括VPX连接器、FPGA模块、串化器模块、解串器模块、光模块和低频光口模块，所述光模块包括发送光模块和接收光模块，所述VPX连接器与FPGA模块相连接，实现高速PCIE信号的通信，所述FPGA模块与串化器模块相连接，实现高速PCIE的数据到低速并行数据流的解析转换，所述串化器模块与发送光模块相连接，实现低频串行数据的到光协议转换，所述发送光模块与低频光口相连接，实现光纤信号的远距离发送；所述解串器模块与接收光模块相连接，实现光协议到低频串行数据的转换，所述接收光模块与低频光口相连接，实现光纤信号的远距离接收。
所述VPX连接器包括高速VPX连接器。
所述FPGA模块包括PCIE高速模块、AXI协议转换模块和低频滤波模块。
所述串化器模块包括LVDS串行器DS99R103。
所述解串器模块包括LVDS解串器DS99R104。
所述光模块包括并行接收光模块JM048L-12R8312301和并行发送光模块JM048L-12T8312301。
所述低频光口包括SC光纤接头。
另一方面，本发明实施例提供一种基于FPGA的PCIE低频光纤桥接方法，包括以下步骤：
下行传输时:高速PCIE信号通过VPX连接器接入桥接系统，输入数据流与FPGA模块相连，在FPGA模块中，PCIE高速模块采用赛灵思公司的AXI MEMORY MAPPED TO PCIEXPRESSIP核实现高速PCIEx4的协议解析，AXI协议转换模块采用自定义AXI接口IP实现AXI总线地址映射，低频滤波模块采集并口数据流数据进行滤波处理，将滤波后的数据写入AXI总线发送寄存器地址，FPGA模块输出的并口数据流输入串化器模块，实现低频端并口数据的LVDS串行化，串化后的低频串行数据与发送光模块相连接，实现光信号的转换，发送光模块与低频光口相连接，采用SC光纤接头实现光信号的远距离传输；
上行传输时:光信息通过低频光口接入桥接系统，接收光模块实现接收到的光信息与电信号的转换，将光信息转换成低频串行数据，输入解串器模块，实现串行数据流的并行解串化，解串后的并行数据流输入到FPGA模块，在FPGA模块的低频滤波模块中对采集到的低频并行数据进行滤波处理，并根据AXI总线地址写入接收寄存器地址，由AXI协议转换模块实现低频数据到AXI总线的传输，经过PCIE高速模块AXI MEMORY MAPPED TOPCIEXPRESS IP核实现高速PCIE总线的数据接收。
上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种基于FPGA的PCIE低频光纤桥接系统，其特征在于，包括VPX连接器、FPGA模块、串化器模块、解串器模块、光模块和低频光口模块，所述光模块包括发送光模块和接收光模块，所述VPX连接器与FPGA模块相连接，实现高速PCIE信号的通信，所述FPGA模块与串化器模块相连接，实现高速PCIE的数据到低速并行数据流的解析转换，所述串化器模块与发送光模块相连接，实现低频串行数据的到光协议转换，所述发送光模块与低频光口相连接，实现光纤信号的远距离发送；所述解串器模块与接收光模块相连接，实现光协议到低频串行数据的转换，所述接收光模块与低频光口相连接，实现光纤信号的远距离接收。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的PCIE低频光纤桥接系统，其特征在于，所述FPGA模块包括PCIE高速模块、AXI协议转换模块和低频滤波模块。
3.根据权利要求1所述的基于FPGA的PCIE低频光纤桥接系统，其特征在于，所述串化器模块包括LVDS串行器DS99R103。
4.根据权利要求1所述的基于FPGA的PCIE低频光纤桥接系统，其特征在于，所述解串器模块包括LVDS解串器DS99R104。
5.根据权利要求1所述的基于FPGA的PCIE低频光纤桥接系统，其特征在于，所述光模块包括并行接收光模块JM048L-12R8312301和并行发送光模块JM048L-12T8312301。
6.根据权利要求1所述的基于FPGA的PCIE低频光纤桥接系统，其特征在于，所述低频光口包括SC光纤接头。
7.一种基于FPGA的PCIE低频光纤桥接方法，包括以下步骤：
下行传输时:高速PCIE信号通过VPX连接器接入桥接系统，输入数据流与FPGA模块相连，在FPGA模块中，PCIE高速模块采用AXI IP核实现高速PCIEx4的协议解析，AXI协议转换模块采用自定义AXI接口IP实现AXI总线地址映射，低频滤波模块采集并口数据流数据进行滤波处理，将滤波后的数据写入AXI总线发送寄存器地址，FPGA模块输出的并口数据流输入串化器模块，实现低频端并口数据的LVDS串行化，串化后的低频串行数据与发送光模块相连接，实现光信号的转换，发送光模块与低频光口相连接，采用SC光纤接头实现光信号的远距离传输；
上行传输时:光信息通过低频光口接入桥接系统，接收光模块实现接收到的光信息与电信号的转换，将光信息转换成低频串行数据，输入解串器模块，实现串行数据流的并行解串化，解串后的并行数据流输入到FPGA模块，在FPGA模块的低频滤波模块中对采集到的低频并行数据进行滤波处理，并根据AXI总线地址写入接收寄存器地址，由AXI协议转换模块实现低频数据到AXI总线的传输，经过PCIE高速模块AXI IP核实现高速PCIE总线的数据接收。
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