CN112468348A - 适配总线型网络和交换型网络的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光纤总线领域，公开了一种适配总线型网络和交换型网络的系统，该系统中：FPGA中设置有应用层、驱动层以及设置在应用层和驱动层之间的中间件，应用层通过中间件与物理层通信连接，FLSH闪存用于存储通信配置表；中间件包括网络环境检测模块、帧数据合法检测模块和端口访问控制模块，网络环境检测模块分别通过帧数据合法检测模块和端口访问控制模块与FLASH数据连接，网络环境监测模块用于判断当前网络环境为总线型网络或交换型网络；数据接收端口通过收发器一与FPGA连接，数据发送端口通过收发器二与FPGA连接，FPGA的PCIE数据收发端与PCIE金手指的PCIE收发端连接，计时器与FPGA连接，FPGA的时钟端与PCIE金手指的时钟端连接。

Description

适配总线型网络和交换型网络的系统
技术领域
本发明涉及光纤总线领域，具体涉及一种适配总线型网络和交换型网络的系统。
背景技术
航空、航天领域的总线技术正在向着更高可靠性、高带宽、高实时性的方向发展，光纤通道以其高速率、低延迟、开放标准等特点，使得能够很好满足未来航空电子系统互连的要求，成为未来航空电子系统互连的首选标准。FC-AE网络的广泛使用，也使人们对其可靠性研究有了进一步的关注，而高效的利用FC-AE网络，分析网络平台通用性研究，正是FC-AE网络研究关注的重点。
光纤通道通信端口间的拓扑结构分为共享式和交换式两类三种基本类型：点到点、仲裁环、交换型结构。点到点网络拓扑结构只能实现单对单通信，无法组成网络。仲裁环拓扑结构一个时刻只能有一个设备进行I/O操作。因为每个环上的设备都必须排队等待I/O请求的处理，所以在网络拓扑里数据传输的速率会变得很低，并且增加和移除设备都会导致环的重置，这可能导致环流量的瞬间中断。FC-AE-1553总线型网络拓扑结构，既具有光纤通道的良好网络性能，又具有MIL-STD-1553B的传统优势，还能无缝兼容MIL-STD-1553总线系统设备。
但是，FC-AE-1553总线型网络只能针对小型网络，当网络增加节点数目，增大吞吐量的时候，总线网络数据传输会存在延迟。而交换型结构允许通过增加链接的端口数来线性的增大系统的吞吐量，能对网络上的节点数目做很大的扩展而不减少每个端口的带宽，是FC拓扑结构中功能最具优势的拓扑结构。
总线型网络没有交换机，布线方面相对而言更加更加简洁。在交换式网络中每个节点都是被动等待交换机根据预先设定好的端口ID来收发消息，FC-AE总线型网络，链路连接使用的是光纤而非电缆，无法像MIL-STD-1553B直接挂载到总线上。所以总线网络到交换型网络结构不仅增加了交换机，交换机的配置，通信设备的透传功能、端口ID识别功能、以及组播池配置都会做修改。每个通信设备接到不同的网络结构时，对应的网络模型中，应用层、传输层、网络层都会涉及到修改，不但增加了人力成本，利用效率低，而且无法做网络结构适配，只能用单网络结构单用。
因此，目前需要解决网络通用性的问题，实现适配不同网络结构的应用。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种适配总线型网络和交换型网络的系统，能够实现总线型网络和交换型网络的通用性适配。
本发明解决其技术问题，采用的技术方案是：
适配总线型网络和交换型网络的系统，包括光纤板卡本体，所述光纤板卡本体上还设置有FPGA、FLSH闪存、计时器、数据接收端口、数据发送端口、收发器一、收发器二和PCIE金手指；
所述FPGA中设置有应用层、驱动层以及设置在应用层和驱动层之间的中间件，所述应用层通过中间件与物理层通信连接，所述FLSH闪存用于存储通信配置表；
所述中间件包括网络环境检测模块、帧数据合法检测模块和端口访问控制模块，所述网络环境检测模块分别与帧数据合法检测模块和端口访问控制模块连接，所述帧数据合法检测模块和端口访问控制模块均与FLASH闪存数据连接；
所述网络环境检测模块用于判断当前网络环境为总线型网络或交换型网络，若为总线型网络，则控制端口访问控制模块从FLASH闪存中读取所述通信配置表，并通过端口访问控制模块管理各节点的端口是否能发送消息，若为交换型网络，则控制帧数据合法检测模块对通过中间件的数据进行合法性检查；
所述数据接收端口通过收发器一与FPGA连接，所述数据发送端口通过收发器二与FPGA连接，所述FPGA的PCIE数据收发端与PCIE金手指的PCIE收发端连接，所述计时器与FPGA连接，所述FPGA的时钟端与PCIE金手指的时钟端连接。
进一步的是，所述中间件还包括事件管理中心，所述事件管理中心用于：
在当前网络环境为总线型网络时，通过端口访问控制模块管理各节点的端口是否能发送消息后，若是，则通过事件管理中心对每个节点分别进行一个隔离，使得接收收发通信均通过事件管理中心；
在当前网络环境为交换型网络时，通过帧数据合法检测模块对通过中间件的数据进行合法性检查后，若数据合法，则当事件管理中心接收到节点的接收缓存区饱和时，由事件管理中心发送等待事件至源节点，等待节点的接收缓存区有空余时，再发送继续事件。
进一步的是，在当前网络环境为总线型网络时，发送的消息先存放在发送的缓冲区列表，由端口访问控制模块询问发送权限，并按照发送消息的的时间先后顺序及事件的紧急程度，控制下发当前节点的消息，直至缓冲区列表中的数据发送完毕。
进一步的是，当缓冲区列表中的数据发送完毕后，除当前节点以外的其余节点接收全部数据，并由驱动层提取到中间件，由中间件对全部数据进行筛选，提取实际要发送给相应节点的数据。
进一步的是，所述中间件对全部数据进行筛选时，通过FC族协议中的目标ID是否是自身节点ID，若是，则提取实际要发送给该节点的数据，且丢弃全部数据中的除实际要发送给该节点的数据的其余数据。
进一步的是，所述系统还包括DDR，所述DDR与FPGA连接；所述DDR为DDR3。
进一步的是，所述FPGA的型号为XC7K325T。
进一步的是，所述PICE金手指为4速PCIE接口。
进一步的是，所述收发器一和收发器二均为fc关口。
进一步的是，所述系统还包括移动电源，所述移动电源与PICE金手指的电源端连接；所述移动电源的工作电压为12V。
本发明的有益效果是，通过上述适配总线型网络和交换型网络的系统，通过在FLASH中存储一个通信配置表，并通过中间件的络环境检测模块判断当前网络环境，若为总线型网络，由于总线上同时只能有一个节点发送消息，所以，端口访问控制模块会导入通信配置表，并负责管理个节点的端口是否能发送消息；若为交换型网络，由于交换型网络时，数据传输过快，数据可能存在异常，帧数据合法检测模块对数据进行检查，如果异常，会返回给消息的源端口，由源端口重新发送消息，保证数据的完整性。
这里，能够在总线型网络下和交换型网络下都能使用同一份通信配置表，且通信配置表配置一次后就不需要再做修改。即在总线型网路下，中间件会依据通信配置表模仿交换网络下时各节点的配置关系，而在交换网络下时，中间件也只是在通过交换机后在做一次可靠性判断，用户不需要关心当前光纤板卡处于什么网络环境下，两者之间的差异由中间件模糊掉。并且，由于增加了中间件，不用再关心针对网络拓扑结构做对应识别的通信设备，而是通过中间件去做适配，能够适应各种网络结构。并且，通过本发明，可以使搭建网络环境方式更加灵活，可根据当前实际需要，搭建适用的网络环境。
附图说明
图1为本发明提出的适配总线型网络和交换型网络的系统的整体结构框图。
其中，CLK为时钟信号，PICE为PCIE数据。
具体实施方式
下面结合附图，详细描述本发明的技术方案。
本发明提出一种适配总线型网络和交换型网络的系统，其整体结构框图见图1,其中，该系统包括光纤板卡本体，光纤板卡本体上还设置有FPGA、FLSH闪存、计时器、数据接收端口、数据发送端口、收发器一、收发器二和PCIE金手指。
其中，FPGA中设置有应用层、驱动层以及设置在应用层和驱动层之间的中间件，应用层通过中间件与物理层通信连接，FLSH闪存用于存储通信配置表；中间件包括网络环境检测模块、帧数据合法检测模块和端口访问控制模块，网络环境检测模块分别与帧数据合法检测模块和端口访问控制模块连接，帧数据合法检测模块和端口访问控制模块均与FLASH闪存数据连接；网络环境检测模块用于判断当前网络环境为总线型网络或交换型网络，若为总线型网络，则控制端口访问控制模块从FLASH闪存中读取通信配置表，并通过端口访问控制模块管理各节点的端口是否能发送消息，若为交换型网络，则控制帧数据合法检测模块对通过中间件的数据进行合法性检查；数据接收端口通过收发器一与FPGA连接，数据发送端口通过收发器二与FPGA连接，FPGA的PCIE数据收发端与PCIE金手指的PCIE收发端连接，计时器与FPGA连接，FPGA的时钟端与PCIE金手指的时钟端连接。
需要指出的是，中间件还包括事件管理中心，事件管理中心用于：
在当前网络环境为总线型网络时，通过端口访问控制模块管理各节点的端口是否能发送消息后，若是，则通过事件管理中心对每个节点分别进行一个隔离，使得接收收发通信均通过事件管理中心；
在当前网络环境为交换型网络时，通过帧数据合法检测模块对通过中间件的数据进行合法性检查后，若数据合法，则当事件管理中心接收到节点的接收缓存区饱和时，由事件管理中心发送等待事件至源节点，等待节点的接收缓存区有空余时，再发送继续事件。
实际应用过程中，在当前网络环境为总线型网络时，发送的消息先存放在发送的缓冲区列表，由端口访问控制模块询问发送权限，并按照发送消息的的时间先后顺序及事件的紧急程度，控制下发当前节点的消息，直至缓冲区列表中的数据发送完毕。
并且，当缓冲区列表中的数据发送完毕后，除当前节点以外的其余节点接收全部数据，并由驱动层提取到中间件，由中间件对全部数据进行筛选，提取实际要发送给相应节点的数据。
另外，中间件对全部数据进行筛选时，通过FC族协议中的目标ID是否是自身节点ID，若是，则提取实际要发送给该节点的数据，且丢弃全部数据中的除实际要发送给该节点的数据的其余数据。
本发明中，通过数据发送端口和数据接收端口接收光纤模拟信号，并分别通过收发器一和收发器二将模拟信号转换为PFGA能够识别及发送的串行信号，FPGA根据识别到的串行信号对当前网络环境进行判断，若为总线型网络，由于总线上同时只能有一个节点发送消息，所以，端口访问控制模块会导入通信配置表，并负责管理个节点的端口是否能发送消息；若为交换型网络，由于交换型网络时，数据传输过快，数据可能存在异常，帧数据合法检测模块对数据进行检查，如果异常，会返回给消息的源端口，由源端口重新发送消息，保证数据的完整性。
这里，FPGA对网络环境判断完成后，会通过PCIE金手指告知至上位机，通过上位机处理应用层的待处理事项。
需要说明的是，系统还可以包括DDR，DDR与FPGA连接，作为优选DDR可以为DDR3，这里，可以通过DDR存储FPGA中的数据，方便存档调用；FPGA的型号可以为XC7K325T，以便对中间件进行配置和使用；当FPGA通知上位机处理应用层的待处理事项时，为了提高传输效率，PICE金手指可以为4速PCIE接口；系统中的收发器一和收发器二均可以为fc关口。
另外，为了保证系统的持续性工作，保证其工作稳定，系统还可以包括移动电源，移动电源与PICE金手指的电源端连接，为了适配FPGA的正常工作，移动电源的工作电压可以为12V。

Claims (10)

1.适配总线型网络和交换型网络的系统，包括光纤板卡本体，其特征在于，所述光纤板卡本体上还设置有FPGA、FLSH闪存、计时器、数据接收端口、数据发送端口、收发器一、收发器二和PCIE金手指；
所述FPGA中设置有应用层、驱动层以及设置在应用层和驱动层之间的中间件，所述应用层通过中间件与物理层通信连接，所述FLSH闪存用于存储通信配置表；
所述中间件包括网络环境检测模块、帧数据合法检测模块和端口访问控制模块，所述网络环境检测模块分别与帧数据合法检测模块和端口访问控制模块连接，所述帧数据合法检测模块和端口访问控制模块均与FLASH闪存数据连接；
所述网络环境检测模块用于判断当前网络环境为总线型网络或交换型网络，若为总线型网络，则控制端口访问控制模块从FLASH闪存中读取所述通信配置表，并通过端口访问控制模块管理各节点的端口是否能发送消息，若为交换型网络，则控制帧数据合法检测模块对通过中间件的数据进行合法性检查；
所述数据接收端口通过收发器一与FPGA连接，所述数据发送端口通过收发器二与FPGA连接，所述FPGA的PCIE数据收发端与PCIE金手指的PCIE收发端连接，所述计时器与FPGA连接，所述FPGA的时钟端与PCIE金手指的时钟端连接。
2.根据权利要求1所述的适配总线型网络和交换型网络的系统，其特征在于，所述中间件还包括事件管理中心，所述事件管理中心用于：
在当前网络环境为总线型网络时，通过端口访问控制模块管理各节点的端口是否能发送消息后，若是，则通过事件管理中心对每个节点分别进行一个隔离，使得接收收发通信均通过事件管理中心；
在当前网络环境为交换型网络时，通过帧数据合法检测模块对通过中间件的数据进行合法性检查后，若数据合法，则当事件管理中心接收到节点的接收缓存区饱和时，由事件管理中心发送等待事件至源节点，等待节点的接收缓存区有空余时，再发送继续事件。
3.根据权利要求2所述的适配总线型网络和交换型网络的系统，其特征在于，在当前网络环境为总线型网络时，发送的消息先存放在发送的缓冲区列表，由端口访问控制模块询问发送权限，并按照发送消息的的时间先后顺序及事件的紧急程度，控制下发当前节点的消息，直至缓冲区列表中的数据发送完毕。
4.根据权利要求3所述的适配总线型网络和交换型网络的系统，其特征在于，当缓冲区列表中的数据发送完毕后，除当前节点以外的其余节点接收全部数据，并由驱动层提取到中间件，由中间件对全部数据进行筛选，提取实际要发送给相应节点的数据。
5.根据权利要求4所述的适配总线型网络和交换型网络的系统，其特征在于，所述中间件对全部数据进行筛选时，通过FC族协议中的目标ID是否是自身节点ID，若是，则提取实际要发送给该节点的数据，且丢弃全部数据中的除实际要发送给该节点的数据的其余数据。
6.根据权利要求1所述的适配总线型网络和交换型网络的系统，其特征在于，所述系统还包括DDR，所述DDR与FPGA连接；所述DDR为DDR3。
7.根据权利要求1所述的适配总线型网络和交换型网络的系统，其特征在于，所述FPGA的型号为XC7K325T。
8.根据权利要求1所述的适配总线型网络和交换型网络的系统，其特征在于，所述PICE金手指为4速PCIE接口。
9.根据权利要求1所述的适配总线型网络和交换型网络的系统，其特征在于，所述收发器一和收发器二均为fc关口。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的适配总线型网络和交换型网络的系统，其特征在于，所述系统还包括移动电源，所述移动电源与PICE金手指的电源端连接；所述移动电源的工作电压为12V。
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