CN114510448A - 一种基于高速光纤以太网络的超高速数据传输系统及方法 - Google Patents

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章广飞
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Abstract

本发明涉及数据传输，具体涉及一种基于高速光纤以太网络的超高速数据传输系统及方法，包括上位机、数据同步与分发模块，以及光学引擎上的数据处理板，上位机通过高速光纤以太网接口与多个数据同步与分发模块连接，数据同步与分发模块通过高速串行总线与多个光学引擎上的数据处理板连接，上位机上部署有用于和数据同步与分发模块通过高速光纤以太网接口进行通讯的通讯驱动模块，通讯驱动模块将数据从上位机发送至数据同步与分发模块；本发明提供的技术方案能够有效克服现有技术所存在的数据传输系统结构复杂、数据传输效率较低的缺陷。

Description

一种基于高速光纤以太网络的超高速数据传输系统及方法
技术领域
本发明涉及数据传输，具体涉及一种基于高速光纤以太网络的超高速数据传输系统及方法。
背景技术
无掩膜光刻设备是一种使用多个光学引擎同时工作的设备，从主控工作站到每个光学引擎需要实时传输大量数据，数据传输的实时性与准确性，将影响整个光刻设备的工作效率及稳定性。
现有的数据传输系统多通过单个光学引擎使用千兆以太网或者专用光纤与主机/从机进行通讯，这种方式存在以下问题：
1)每个光学引擎与上位机之间存在一个独立的数据链路，导致上位机到曝光运动部件之间的线路数量较多，布线繁杂，不易维护；
2)使用以太网时，要么上位机需要具备超多的以太网接口(每个光学引擎对应一个以太网接口)，要么采用成本更高、系统更复杂的从机结构；
3)使用专用光纤通讯时，主机/从机上必需接入专用的通讯卡硬件，仍然会增加系统的复杂性和不稳定性；
4)使用交换机中转以减少上位机的以太网接口数量，仍然会使每个光学引擎与上位机之间存在一个独立的数据链路，可维护性较差。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种基于高速光纤以太网络的超高速数据传输系统及方法，能够有效克服现有技术所存在的数据传输系统结构复杂、数据传输效率较低的缺陷。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种基于高速光纤以太网络的超高速数据传输系统，包括上位机、数据同步与分发模块，以及光学引擎上的数据处理板，所述上位机通过高速光纤以太网接口与多个数据同步与分发模块连接，所述数据同步与分发模块通过高速串行总线与多个光学引擎上的数据处理板连接；
所述上位机上部署有用于和数据同步与分发模块通过高速光纤以太网接口进行通讯的通讯驱动模块，所述通讯驱动模块将数据从上位机发送至数据同步与分发模块。
优选地，所述通讯驱动模块包括数据均衡器、帧生成器、发送控制器、帧处理器、指令控制器和NPCAP通讯组件；
数据均衡器，对发送至各数据处理板的数据进行缓存，并均衡对各数据处理板数据发送任务的任务进度；
帧生成器，生成专有通讯协议帧，并加入各种校验信息；
发送控制器，用于发送通讯数据；
帧处理器，负责解析数据同步，并对数据同步与分发模块返回的协议帧信息进行解析；
指令控制器，对发送至各数据同步与分发模块、数据处理板的控制指令进行处理；
NPCAP通讯组件，负责实现系统底层socket通讯的发送接收过程。
优选地，所述发送控制器通过正常发送、异常重发、阻塞暂停方式进行数据发送控制。
优选地，所述通讯驱动模块在以太网协议的基础上，生成专有通讯协议和数据同步与分发模块进行通讯，将数据从上位机发送至数据同步与分发模块。
优选地，所述上位机通过10G/25G/40G高速光纤以太网卡与多个数据同步与分发模块连接。
优选地，所述数据同步与分发模块内部设有用于缓存接收数据的数据缓存器。
一种基于高速光纤以太网络的超高速数据传输方法，上位机上部署用于和数据同步与分发模块通过高速光纤以太网接口进行通讯的通讯驱动模块，通讯驱动模块将数据从上位机发送至数据同步与分发模块；
数据同步与分发模块通过高速串行总线与多个光学引擎上的数据处理板进行通讯，将接收到的数据根据需求发送至各数据处理板。
优选地，所述通讯驱动模块在以太网协议的基础上，生成专有通讯协议和数据同步与分发模块进行通讯，将数据从上位机发送至数据同步与分发模块。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明所提供的一种基于高速光纤以太网络的超高速数据传输系统及方法，具有以下有益效果：
1)将上位机与数据处理板之间的多重独立传输，简化为上位机、数据同步与分发模块之间的单链路超高速传输，传输距离远，传输带宽更高，同时简化了数据传输系统结构，便于电气布线，例如由6～24个数据处理板需要相应数量的高柔以太网线缆简化为只需1条高速通讯光纤；
2)数据同步与分发模块、数据处理板之间使用高速串行总线协议(包括SerDes等)，短距高速传输，每个数据处理板可实现2.5G带宽甚至更高的数据传输速率，高于目前数据处理板的千兆以太网速率，更快地实现数据传输，减少曝光前等待时间，提高系统运行效率；
3)由于数据同步与分发模块上具有内存缓存，可以缓存接收数据，因此数据同步与分发模块、数据处理板之间的通讯速度只要保证满足数据处理板实时曝光需求量即可，降低了数据处理板的传输接口速率要求，能够在较低传输接口速率的情况下实现与高传输速率相同的效果。
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简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明的系统示意图；
图2为本发明图1中上位机的系统示意图。
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。
一种基于高速光纤以太网络的超高速数据传输系统，如图1所示，包括上位机、数据同步与分发模块，以及光学引擎上的数据处理板，上位机通过高速光纤以太网接口与多个数据同步与分发模块连接，数据同步与分发模块通过高速串行总线与多个光学引擎上的数据处理板连接；
上位机上部署有用于和数据同步与分发模块通过高速光纤以太网接口进行通讯的通讯驱动模块，通讯驱动模块将数据从上位机发送至数据同步与分发模块。
将上位机与数据处理板之间的多重独立传输，简化为上位机、数据同步与分发模块之间的单链路超高速传输，传输距离远，协议通用性强，物理稳定性好。
数据同步与分发模块、数据处理板之间使用高速串行总线协议(包括SerDes等)，短距高速传输，FPGA可直接支持，速度高于千兆以太网，易用性好于万兆以太网。
上位机通过10G/25G/40G高速光纤以太网卡与多个数据同步与分发模块连接，可以根据数据同步与分发模块连接的数据处理板最大数量，以及数据处理板的传输接口速率计算获得。
数据同步与分发模块内部设有用于缓存接收数据的数据缓存器，可以缓存接收数据，因此数据同步与分发模块、数据处理板之间的通讯速度只要保证满足数据处理板实时曝光需求量即可，降低了数据处理板的传输接口速率要求。数据同步与分发模块、数据处理板之间可以使用专用协议保证数据传输的及时性和准确性。
如图2所示，通讯驱动模块包括数据均衡器、帧生成器、发送控制器、帧处理器、指令控制器和NPCAP通讯组件；
数据均衡器，对发送至各数据处理板的数据进行缓存，并均衡对各数据处理板数据发送任务的任务进度；
帧生成器，生成专有通讯协议帧，并加入各种校验信息；
发送控制器，用于发送通讯数据；
帧处理器，负责解析数据同步，并对数据同步与分发模块返回的协议帧信息进行解析；
指令控制器，对发送至各数据同步与分发模块、数据处理板的控制指令进行处理；
NPCAP通讯组件，负责实现系统底层socket通讯的发送接收过程。
其中，发送控制器通过正常发送、异常重发、阻塞暂停方式进行数据发送控制。
通讯驱动模块具有均衡数据发送任务进度、指令控制和错误校验等功能，通过对各数据处理板数据发送任务的任务进度进行均衡，能够保证各数据处理板的数据发送任务进度基本一致，避免抢占带宽，提高整体传输效率，同时通讯驱动模块的内部架构能够保证数据传输的传输效率和准确性。
通讯驱动模块在以太网协议的基础上，生成专有通讯协议和数据同步与分发模块进行通讯，将数据从上位机发送至数据同步与分发模块。
本申请技术方案中，可以将通讯驱动模块与高速光纤以太网卡整合为专用数据通讯卡，使用FPGA进行实现，进而减少通讯驱动模块对主机资源的占用，适用于超多数据处理板的场景。
进一步地，整合为专用数据通讯卡后，数据通讯卡、数据同步与分发模块之间的传输协议可以不限于以太网协议，任意满足带宽需求的通讯协议均可。
进一步地，更上层的数据处理功能适合FPGA实现的可以整合进专用数据通讯卡，进一步减少对主机资源的占用，实现专用计算功能。
一种基于高速光纤以太网络的超高速数据传输方法，上位机上部署用于和数据同步与分发模块通过高速光纤以太网接口进行通讯的通讯驱动模块，通讯驱动模块将数据从上位机发送至数据同步与分发模块；
数据同步与分发模块通过高速串行总线与多个光学引擎上的数据处理板进行通讯，将接收到的数据根据需求发送至各数据处理板。
通讯驱动模块在以太网协议的基础上，生成专有通讯协议和数据同步与分发模块进行通讯，将数据从上位机发送至数据同步与分发模块。
同样地，可以将通讯驱动模块与高速光纤以太网卡整合为专用数据通讯卡，使用FPGA进行实现，进而减少通讯驱动模块对主机资源的占用，适用于超多数据处理板的场景。
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，并不会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 (8)

1.一种基于高速光纤以太网络的超高速数据传输系统，其特征在于：包括上位机、数据同步与分发模块，以及光学引擎上的数据处理板，所述上位机通过高速光纤以太网接口与多个数据同步与分发模块连接，所述数据同步与分发模块通过高速串行总线与多个光学引擎上的数据处理板连接；
所述上位机上部署有用于和数据同步与分发模块通过高速光纤以太网接口进行通讯的通讯驱动模块，所述通讯驱动模块将数据从上位机发送至数据同步与分发模块。
2.根据权利要求1所述的基于高速光纤以太网络的超高速数据传输系统，其特征在于：所述通讯驱动模块包括数据均衡器、帧生成器、发送控制器、帧处理器、指令控制器和NPCAP通讯组件；
数据均衡器，对发送至各数据处理板的数据进行缓存，并均衡对各数据处理板数据发送任务的任务进度；
帧生成器，生成专有通讯协议帧，并加入各种校验信息；
发送控制器，用于发送通讯数据；
帧处理器，负责解析数据同步，并对数据同步与分发模块返回的协议帧信息进行解析；
指令控制器，对发送至各数据同步与分发模块、数据处理板的控制指令进行处理；
NPCAP通讯组件，负责实现系统底层socket通讯的发送接收过程。
3.根据权利要求2所述的基于高速光纤以太网络的超高速数据传输系统，其特征在于：所述发送控制器通过正常发送、异常重发、阻塞暂停方式进行数据发送控制。
4.根据权利要求2所述的基于高速光纤以太网络的超高速数据传输系统，其特征在于：所述通讯驱动模块在以太网协议的基础上，生成专有通讯协议和数据同步与分发模块进行通讯，将数据从上位机发送至数据同步与分发模块。
5.根据权利要求1所述的基于高速光纤以太网络的超高速数据传输系统，其特征在于：所述上位机通过10G/25G/40G高速光纤以太网卡与多个数据同步与分发模块连接。
6.根据权利要求5所述的基于高速光纤以太网络的超高速数据传输系统，其特征在于：所述数据同步与分发模块内部设有用于缓存接收数据的数据缓存器。
7.一种基于权利要求1-6中任意一项所述的基于高速光纤以太网络的超高速数据传输方法，其特征在于：上位机上部署用于和数据同步与分发模块通过高速光纤以太网接口进行通讯的通讯驱动模块，通讯驱动模块将数据从上位机发送至数据同步与分发模块；
数据同步与分发模块通过高速串行总线与多个光学引擎上的数据处理板进行通讯，将接收到的数据根据需求发送至各数据处理板。
8.根据权利要求7所述的基于高速光纤以太网络的超高速数据传输方法，其特征在于：所述通讯驱动模块在以太网协议的基础上，生成专有通讯协议和数据同步与分发模块进行通讯，将数据从上位机发送至数据同步与分发模块。
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