CN112738662A - 一种基于fc交换网络的全网远程升级方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于FC交换网络的全网远程升级方法，通过FC(Fiber Channel)固件更新装置对FC交换网络中的目的FC节点设备进行更新；FC固件更新装置包括上位机、FPGA芯片、光电收发器；上位机在远程更新前需要向各目的FC节点设备发送秘钥信息以便登录打开各目的FC节点设备的更新功能，上位机在收到各目的FC节点设备的固件更新功能开启返回包后开始进行固件信息的发送；本发明的基于FC交换网络的全网远程升级方法可提高系统的安全性、可靠性及维修性，可快速更新FC网络内节点设备的固件并防止因网络中或网络外的异常数据帧注入导致Flash Memory发生改变而使节点设备的固件意外更新甚至损坏。

Description

一种基于FC交换网络的全网远程升级方法
技术领域
本发明属于FC-AE光纤通道技术领域，具体涉及一种基于FC交换网络的全网远程更新方法。
背景技术
FC-AE作为一种新型的光纤通道技术，具有高带宽、低延时、高可靠性、高抗干扰性的特点，在航海航空航天等高可靠领域有了较多的使用，目前符合FA-AE-ASM协议的FC网络已作为主干通信网络。
在航海航空航天等应用环境中，FC节点设备或交换设备均固定安装在集成设备架内，拆卸及其不容易，当需要进行软件固件更新时，则必须对设备拆卸，开盖等操作，这一过程往往会不可避免的对系统造成不可逆的破坏，降低系统的抗震性能及使用寿命。本发明提出了一种基于FC交换网络的远程更新方法。
发明内容
针对以上问题，为了保证在不破坏网络设备结构性能的前提下完成全网络的软件固件更新，本发明的目的在于提供一种在不对每个设备进行开舱的条件下通过光纤网络实现对FC网络下所有设备的软件固件更新、增加网络更新的方便灵活性的基于FC交换网络的全网远程升级方法。
本发明的目的是通过以下的技术方案来实现的，本发明提供一种基于FC交换网络的全网远程升级方法，通过FC固件更新装置对FC交换网络中的目的FC节点设备进行更新；
FC固件更新装置包括上位机、FPGA芯片、光电收发器；
上位机：将固件二进制数据编码为符合FC-AE-ASM协议的FC帧通过PC机的PCIe接口下发给FPGA，FPGA收到该FC帧后通过serdes完成并串转换，通过光电收发器实现电光转换后接入FC网络中；
FPGA芯片：用于实现FC数据的发送和解析、并通过PCIe接口实现与上位机的数据交互；
光电收发器：用于实现光电之间的转换，光电收发器通过光纤与FC交换网络中的任意一个FC交换机相连接，实现不开盖接入；
FC固件更新装置通过光电收发器将包含固件二进制数据的FC帧下发至FC交换机，由FC交换机识别目的ID依据转发路由转发至目的固件更新节点，亦可实现自身的固件更新；上位机在远程更新前需要向各目的FC节点设备发送秘钥信息以便登录打开各目的FC节点设备的更新功能，上位机在收到各目的FC节点设备的固件更新功能开启返回包后开始进行固件信息的发送；各目的FC节点设备的FPGA芯片在收到与自身匹配的秘钥信息后，打开远程更新功能，开始接收固件二进制数据，各目的FC节点设备的FPGA芯片根据收到的FC帧进行固件二进制数据提取并通过配置接口将固件二进制数据写入到Flash Memory的更新位流区域(Updata Bitstream)中，各目的FC节点设备的FPGA可以通过内部ICAP命令从Flash加载更新后的固件信息，从而完成更新。
优选的，FPGA芯片包括PCIe2.0接口模块，DMA接口模块，FC数据处理模块；
PCIe2.0接口模块实现PCIe2.0协议的物理层到数据链路层再到事务层的信号转换；
DMA接口模块：实现PCIe通信协议中的DMA控制器，包含中断产生、寄存器读写以及memory读写的PCIe事务层功能；
DMA接口模块和PCIe2.0接口模块负责实现FPGA与计算机上位机间的通信，完成PCIe事务帧的解析及封装，用于解析上位机下发的事务帧，包含固件二进制数据或秘钥信息的FC帧下发给FC数据处理模块；还用于封装事务帧，将FC数据处理模块收到的包含各目的FC节点设备返回的版本状态信息的FC帧组成事务帧由PCIe接口上报给上位机。
优选的，FC数据处理模块包括GTX(高速串行收发器)、FC_IP核及用于将FC电信号与光信号进行转换的光电收发器；
GTX：实现FC信号的串/并转换、8B/10B编码、时钟恢复以及CRC校验功能；
FC_IP核：实现FC-FS协议完成FC帧的发送接收控制。
优选的，上位机可手动配置包含固件二进制数据的FC帧的目的ID，目的ID可配置为单播ID、组播ID或广播ID，以实现对FC交换网络内单个节点、多个节点甚至所有FC节点的更新。
优选的，上位机可对各目的FC节点设备的版本进行查询，以判断各目的FC节点设备是否更新成功。
优选的，若某个目的FC节点设备固件更新异常时，该目的FC节点设备会自动加载Flash Memory中存放的保护位流区域(Golden Bitstream Area)，其次当该目的FC节点设备从位流区域加载固件信息后，FC固件更新装置查询到版本不对后则继续对该目的FC节点设备重新进行固件更新。
本发明具有如下优点：
1、本发明中基于FC交换网络的全网远程升级方法提出一种远程秘钥登录打开设备固件更新功能的机制，各目的FC节点设备都设计有秘钥登录功能，只有当接收到正确的秘钥时才打开固件更新功能并接收固件二进制数据；此方法可提高系统的安全性，可防止因网络中或网络外的异常数据帧注入导致远程升级模式开启，Flash Memory(UpdataBitstream)发生改变而使节点设备的固件意外更新甚至损坏。
2、本发明中基于FC交换网络的全网远程升级方法利用交换机的单播、组播、广播功能实现对FC交换网络内单个设备、多个设备甚至所有设备同时更新的机制，可灵活快速的实现FC交换网络各节点设备的固件更新升级。利用光纤接入FC交换网络，实现不拆卸升级，提高系统的可维修性。
3、本发明中基于FC交换网络的全网远程升级方法解决在更新过程中因操作失误或者数据传输错误导致固件更新异常时，节点设备无法正常加载的问题；可避免因各种网络异常、操作异常导致节点设备固件升级失败从而使固件无法工作的风险，提高系统的可靠性。
以上说明仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明如下：
附图说明
图1是本实施例中固定更新装置的应用示意图。
图2是本实施例中固定更新装置的结构示意图。
图3是目的FC节点设备实现示意框图。
图4是FC固件更新装置中FPGA模块框图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采用的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实例，对依据本发明提出的一种基于FC交换网络的全网远程升级方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅图1至图4，本发明提供一种基于FC交换网络的全网远程升级方法，通过FC(Fiber Channel)固件更新装置实现对FC交换网络内所有设备的固件(即目的FC节点设备)更新，并具备多个节点设备同时更新的功能。
FC固件更新装置包括上位机、FPGA芯片、光电收发器、电源芯片和存储芯片。上位机将固件二进制数据编码为符合FC-AE-ASM协议的FC帧通过PC机的PCIe接口下发给FPGA，FPGA收到该FC帧后通过serdes完成并串转换，通过光电收发器实现电光转换后接入FC网络中。在本实施例中，FPGA芯片采用复旦微电子JFM7V690T36芯片作为FC固件更新装置的核心处理芯片，FPGA芯片用于实现FC数据的发送和解析、并通过PCIe接口实现与PC机的上位机的数据交互；电源芯片用于为FPGA芯片、光电收发器提供电源；存储芯片用于存储本固件更新装置FPGA芯片的固件二进制数据；光电收发器用于实现光电之间的转换，光电收发器通过光纤与FC交换网络中的任意一个FC交换机相连接，实现不开盖接入。
请参阅图4，FPGA芯片包括依次串连的PCIe2.0接口模块、DMA接口模块，FC数据处理模块。
PCIe2.0接口模块实现PCIe2.0协议的物理层到数据链路层再到事务层的信号转换，通过xilinx公司的IP核实现。PCIe2.0接口模块是FPGA芯片与上位机的通讯接口。
DMA(Direct Memory Access)接口模块实现PCIe通信协议中的DMA控制器，包含中断产生、寄存器读写以及memory读写等PCIe事务层功能。
FC数据处理模块：主要包括光电收发器、GTX(高速串行收发器)及FC_IP核。光电收发器用于将FC电信号与光信号进行转换；Serdes基于FPGA的GTX，实现FC信号的串/并转换、8B/10B编码、时钟恢复以及CRC校验等功能；FC_IP核用于实现FC-FS协议完成FC帧的发送接收控制；采用FC MAC协议IP核处理FC链路原语信号及原语序列，实现对FC数据帧的解析和封装。
DMA接口模块和PCIe2.0接口模块负责实现FPGA与计算机上位机间的通信，完成PCIe事务帧的解析及封装。功能1：解析上位机下发的事务帧，包含固件二进制数据或秘钥信息的FC帧下发给FC数据处理模块；功能2：封装事务帧，将FC数据处理模块收到的包含各目的FC节点设备返回的版本状态信息的FC帧组成事务帧由PCIe接口上报给上位机。
FC固件更新装置中的光电收发器与FC交换网络中的任一个FC交换机连接，FC固件更新装置通过光电收发器将包含固件二进制数据的FC帧下发至FC交换机，由FC交换机识别目的ID依据转发路由转发至目的固件更新节点，亦可实现自身的固件更新。上位机在远程更新前需要向各目的FC节点设备(包括第一FC交换机、第二FC交换机、与第一FC交换机相连接的多个节点设备以及与第二FC交换机相连接的多个节点设备)发送秘钥信息以便登录打开各目的FC节点设备的更新功能，上位机在收到各目的FC节点设备的固件更新功能开启返回包后开始进行固件信息的发送；上位机可手动配置包含固件二进制数据的FC帧的目的ID，目的ID可配置为单播ID、组播ID或广播ID，以实现对FC交换网络内单个节点、多个节点甚至所有FC节点的更新；同时FC固件更新装置中的上位机可对各目的FC节点设备的版本进行查询，以判断各目的FC节点设备是否更新成功(即若目的FC节点设备的版本号在更新过程中不会发生变化，则表示更新失败)。
请参阅图3，各目的FC节点设备的FPGA在收到与自身匹配的秘钥信息FC帧后，打开远程更新功能，开始接收固件二进制数据，否则远程更新功能为关闭状态。各目的FC节点设备的FPGA根据收到的FC帧进行固件二进制数据提取。各目的FC节点设备通过配置接口将固件二进制数据写入到Flash Memory的更新位流区域(Updata Bitstream)中。各目的FC节点设备的FPGA可以通过配置接口的内部ICAP命令从Flash加载更新后的固件信息，从而完成逻辑数据的更新。
如果若目的FC节点设备在配置过程中发现配置出错或者CRC校验失败，那么FPGA则会从存放保护位流区域(Golden bitstream area)下载数据。
若某个目的FC节点设备固件更新异常时，该目的FC节点设备会自动加载FlashMemory中存放的保护位流区域(Golden Bitstream Area)固件信息，该固件信息包含远程更新所需的基本功能，可参阅图3。其次当该目的FC节点设备从位流区域加载固件信息后，FC固件更新装置查询到版本不对后则继续对该目的FC节点设备重新进行固件更新。
本发明中的上位机具备全网各目的FC节点设备版本查询功能，可根据查询到的各节点版本标识判断节点设备远程更新成功与否。
本发明的基于FC交换网络的全网远程升级方法提出一种远程秘钥登录打开设备固件更新功能的机制，各目的FC节点设备都设计有秘钥登录功能，只有当接收到正确的秘钥时才打开固件更新功能并接收固件二进制数据；此方法可提高系统的安全性，可防止因网络中或网络外的异常数据帧注入导致远程升级模式开启，Flash Memory(UpdataBitstream)发生改变而使节点设备的固件意外更新甚至损坏。
本发明的基于FC交换网络的全网远程升级方法利用交换机的单播、组播、广播功能实现对FC交换网络内单个设备、多个设备甚至所有设备同时更新的机制，可灵活快速的实现FC交换网络各节点设备的固件更新升级。利用光纤接入FC交换网络，实现不拆卸升级，提高系统的可维修性。
本发明中基于FC交换网络的全网远程升级方法解决在更新过程中因操作失误或者数据传输错误导致固件更新异常时，节点设备无法正常加载的问题；可避免因各种网络异常、操作异常导致节点设备固件升级失败从而使固件无法工作的风险，提高系统的可靠性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种基于FC交换网络的全网远程升级方法，其特征在于：通过FC固件更新装置对FC交换网络中的目的FC节点设备进行更新；
FC固件更新装置包括上位机、FPGA芯片、光电收发器；
上位机：将固件二进制数据编码为符合FC-AE-ASM协议的FC帧通过PC机的PCIe接口下发给FPGA，FPGA收到该FC帧后通过serdes完成并串转换，通过光电收发器实现电光转换后接入FC网络中；
FPGA芯片：用于实现FC数据的发送和解析、并通过PCIe接口实现与上位机的数据交互；
光电收发器：用于实现光电之间的转换，光电收发器通过光纤与FC交换网络中的任意一个FC交换机相连接，实现不开盖接入；
FC固件更新装置通过光电收发器将包含固件二进制数据的FC帧下发至FC交换机，由FC交换机识别目的ID依据转发路由转发至目的固件更新节点，亦可实现自身的固件更新；上位机在远程更新前需要向各目的FC节点设备发送秘钥信息以便登录打开各目的FC节点设备的更新功能，上位机在收到各目的FC节点设备的固件更新功能开启返回包后开始进行固件信息的发送；各目的FC节点设备的FPGA芯片在收到与自身匹配的秘钥信息后，打开远程更新功能，开始接收固件二进制数据，各目的FC节点设备的FPGA芯片根据收到的FC帧进行固件二进制数据提取并通过配置接口将固件二进制数据写入到Flash Memory的更新位流区域(Updata Bitstream)中，各目的FC节点设备的FPGA可以通过内部ICAP命令从Flash加载更新后的固件信息，从而完成更新。
2.根据权利要求1所述的一种基于FC交换网络的全网远程升级方法，其特征在于：FPGA芯片包括PCIe2.0接口模块，DMA接口模块，FC数据处理模块；
PCIe2.0接口模块实现PCIe2.0协议的物理层到数据链路层再到事务层的信号转换；
DMA接口模块：实现PCIe通信协议中的DMA控制器，包含中断产生、寄存器读写以及memory读写的PCIe事务层功能；
DMA接口模块和PCIe2.0接口模块负责实现FPGA与计算机上位机间的通信，完成PCIe事务帧的解析及封装，用于解析上位机下发的事务帧，包含固件二进制数据或秘钥信息的FC帧下发给FC数据处理模块；还用于封装事务帧，将FC数据处理模块收到的包含各目的FC节点设备返回的版本状态信息的FC帧组成事务帧由PCIe接口上报给上位机。
3.根据权利要求2所述的一种基于FC交换网络的全网远程升级方法，其特征在于：FC数据处理模块包括GTX(高速串行收发器)、FC_IP核及用于将FC电信号与光信号进行转换的光电收发器；
GTX：实现FC信号的串/并转换、8B/10B编码、时钟恢复以及CRC校验功能；
FC_IP核：实现FC-FS协议完成FC帧的发送接收控制。
4.根据权利要求1所述的一种基于FC交换网络的全网远程升级方法，其特征在于：上位机可手动配置包含固件二进制数据的FC帧的目的ID，目的ID可配置为单播ID、组播ID或广播ID，以实现对FC交换网络内单个节点、多个节点甚至所有FC节点的更新。
5.根据权利要求1所述的一种基于FC交换网络的全网远程升级方法，其特征在于：上位机可对各目的FC节点设备的版本进行查询，以判断各目的FC节点设备是否更新成功。
6.根据权利要求1所述的一种基于FC交换网络的全网远程升级方法，其特征在于：若某个目的FC节点设备固件更新异常时，该目的FC节点设备会自动加载Flash Memory中存放的保护位流区域(Golden Bitstream Area)，其次当该目的FC节点设备从位流区域加载固件信息后，FC固件更新装置查询到版本不对后则继续对该目的FC节点设备重新进行固件更新。
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