CN116155388A - 一种基于模块式设计的光端机系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于模块式设计的光端机系统，由通过光纤连接的近端光端机和远端光端机组成，近端光端机和远端光端机均包括模块化单元、数据转发单元、光链路单元和健康管理单元；模块化单元完成DVI接口、低速串行口、以太网接口、开关量接口的数据收发；数据转发单元完成多路接口数据到单路高速数据的交换收发；光链路单元实现高速数据的光电转换和多路光信号的波分复用解复用；健康管理单元负责监控模块化单元、数据转发单元、光链路单元的状态。本发明用单根光纤替代电缆，优化了设备体积和重量；通过模块化设计，用户或可根据具体应用设计需要，灵活配置所需硬件接口的通道个数，模块化单元可根据实际情况增加或者删除，方便设计和应用。

Description

一种基于模块式设计的光端机系统

技术领域

本发明属于信号传输路径扩展和数据通信链路整合技术领域，特别涉及一种基于模块式设计的光端机系统。

背景技术

随着机载、弹载、车载电子设备的技术发展，分系统、子系统、模块单元之间的数据传输和信号通路问题愈发明显，日益增长的带宽速度需求和设备体积重量需求越来越矛盾；传统的电信号为主的数据传输和信号通路在这些电子设备应用设计中瓶颈越来越明显，电信号通路的物理介质实际上为电缆，电缆本身由金属材料制成，在设备减重、体积优化上存在固有的限制因素；不同端点之间的数据通信和信号传递本质上为不同的硬件接口，不同的硬件接口通道需要独占一条通信电缆，当系统中有很多硬件接口有数据和信号交互需求时，就会设计很多电缆，会占用很多体积和重量预算。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够方便数据链路管理、维护和状态监控，简化设备间拓扑网络关系，突破硬件接口电性能传输约束条件，采用模块化拼装，简化了设计和应用基于模块式设计的光端机系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于模块式设计的光端机系统，由通过光纤连接的近端光端机和远端光端机组成，近端光端机和远端光端机均包括依次连接的模块化单元、数据转发单元和光链路单元，分别与模块化单元、数据转发单元和光链路单元相连的健康管理单元；

模块化单元完成DVI接口、低速串行口、以太网接口、开关量接口的数据收发；数据转发单元完成多路接口数据到单路高速数据的交换收发；模块化单元和数据转发单元构成单条光通路的负载节点，和对端光端机对应的单条光通路负载节点形成映射关系，一个光端机中有多个光通路负载节点；光链路单元实现高速数据的光电转换和多路光信号的波分复用解复用；健康管理单元负责监控模块化单元、数据转发单元、光链路单元的状态。

所述模块化单元包括DVI模块化单元、低速串行口模块化单元、以太网模块化单元、开关量模块化单元。

所述DVI模块化单元实现DVI信号的收发；DVI接口设有两路通道：一路DVI输入通道，一路DVI输出通道；

DVI信号从DVI输入通道输入后，使用均衡器对输入信号做衰减或者放大，得到数字电路能处理的DVI数字信号，DVI数字信号通过并串转换单元得到串行发送数据流；

对于DVI输出，将串行接收的数据流通过串并转换单元转换为DVI接口数据，然后通过均衡器和防静电电路输出DVI信号；

DVI接口具备DVI是否插拔的指示信号，将指示信号作为DVI接口状态信号输入到健康管理单元。

所述低速串行口模块化单元实现RS422、RS485、RS232、UART接口的收发；

包括RS422接口和RS422接口电路、RS485接口和RS485接口电路、RS232接口和RS232接口电路、UART接口和UART接口电路、多个数据通道标签打包解包模块和电平转换模块；每个接口电路分别连接一个数据通道标签打包解包模块，实现第一阶段的打包解包过程；然后第一阶段所有打包解包模块均连接到同一个数据通道标签打包解包模块，实现第二阶段的打包解包过程；数据通道标签打包解包模块分为打包和解包两个子模块，打包子模块完成多路同类型数据通过标记数据通道号将多路数据合成一路串行数据，该串行数据带第一阶段的通道标签；解包子模块输入一路带第一阶段通道标签的串行数据，根据通道标签解包成多路通道的数据；

低速串行口模块化单元提供低速串行口收发状态，直接将所有的接口电路数据发送线TX和数据接收线RX接到电平转换电路，转换成健康管理单元能识别的输入信号然后传输到健康管理单元中。

进一步地，所述以太网模块化单元实现以太网RGMII或者SGMII接口的数据收发，单个以太网模块化单元设计多路以太网RGMII或者SGMII接口的数据收发通道；多路以太网数据通过数据通道标签打包解包模块汇聚为一路带帧格式的串行数据，或者单路带帧格式的串行数据通过数据通道标签解包子模块恢复成多路以太网数据；数据通道标签打包解包模块依次连接以太网PHY芯片和网络变压器，网络变压器与10/100/1000Mbps自适应网口连接；

以太网PHY芯片设有配置管理接口，通过配置管理接口获取以太网的连接状态、以太网的连接速度、通信双工模式，并将上述信息传输至健康管理单元。

进一步地，所述开关量模块化单元的开关状态映射到对端光端机对应的开关量模块化单元上，将发往并转串模块的0/1电平和串转并模块输出的0/1电平当成数据传递，并转串输出的数据字节和串转并输入的数据字节中的bit位从低到高依次指示开关量1到n的开关状态；开关量模块化单元包括多个驱动缓冲芯片、并转串模块、串转并模块和数据通道标签打包解包模块；

开关量包括单向IO或双向IO；如果是单向IO输入信号或者双向IO的输入处理，将开关量输入驱动缓冲芯片调理成0或者1的数字信号，然后接到并转串模块生成串行数据，串行数据送到数据通道标签打包解包模块进行打包，生成带帧格式的模块化单元串行数据；

如果是单向IO输出信号或者双向IO输出处理，则将收到的带帧格式的模块化单元串行数据经过数据通道标签打包解包模块进行解包得到串行数据，并将串行数据送到串转并模块恢复成各个开关量通道的开关状态，然后通过驱动缓冲芯片传输给开关量输入输出接口；

并且如果是双向IO，则采用开漏输出并且外接上拉电阻提供驱动能力，若开关状态为高电平状态，则不对开关量控制，若开关量状态为低电平状态，则主动拉低开关量控制信号；

同时，驱动缓冲芯片将开关量状态传输至健康管理单元。

进一步地，所述数据转发单元完成多个模块化单元的数据组帧、数据解帧以及单路高速数据的收发，数据转发单元分别与光链路单元和模块化单元连接，数据转发单元内部由数据通道标签打包解包模块构成。

进一步地，所述数据通道标签打包解包模块包括数据通道标签打包子模块和数据通道标签解包子模块；

数据通道标签打包子模块包括两个计数器、多个通道数据标记模块和组帧模块；

同类型接口的多路通道数据通过计数器记录数据个数，该数据个数为计数信息用于后续健康管理；数据通过计数器后，数据本身不做任何处理送到通道数据标记模块标记标签，带标签的数据进入组帧模块组成数据帧形成带帧格式的数据流；

组帧模块按数据到来的先后顺序进行组帧，如果多个通道数据同时到来，按照通道ID号的大小处理，ID号越小的通道优先级越高；数据帧格式按包头、数据帧类型、通道ID号、组帧次数、数据大小、数据和包尾的格式进行组帧；只有在数据转发单元中，模块化单元串行数据进行组帧时，数据帧类型才是有效，其他情况该字段仅为占位，没有实际意义；

数据通道标签解包子模块包括两个计数器、解帧模块和选择器，输入的带数据帧格式的串行数据通过计数器获得计数信息，并通过解帧模块进行解帧获得通道ID及对应的通道数据，分别将通道ID和通道数据输入选择器中，将多个通道ID即对应的通道数据分配到对应通道输出；同时利用计数器记录数据个数；

计数器的计数信息传输至健康管理单元。

进一步地，所述光链路单元输入多路高速数据接口的电信号，输出单根光纤接口光信号；包括多个高速接口以及分别与高速接口连接的光模块、光波分复用解复用器；

高速接口的输入信号为电信号，通过光模块转成光信号，多路光信号通过光纤接入到光波分复用解复用器汇聚成单路光信号，然后通过一根光纤和对端光端机通信；不同电信号通道的数据转成不同波长的光信号，通过选用不同波长型号的光模块实现，光波分复用解复用器将不同波长的光信号汇聚成一根光纤信号；将接收到的单路光信号通过光波分复用解复用器分解成多路不同波长的光信号，然后分别通过光模块将光信号转换成电信号，通过高速接口输出；

同时，光链路单元将光模块的发射器异常状态和接收器LOS状态引出，提供给健康管理单元查询光模块状态。

进一步地，所述健康管理单元用于监测各个物理接口和模块单元的状态；DVI接口具备DVI是否插拔的指示信号，将指示信号接到健康管理单元；低速串行口电路引出数据收发信号RX和TX到健康管理单元，健康管理单元检测RX和TX是否有跳变，如果对应的接收RX或者发送TX信号有跳变，则表示对应的低速串行口接收或者发送有数据；通过以太网PHY芯片的配置管理接口获取以太网的连接状态、以太网的连接速度、通信双工模式；开关量模块化单元输出开关状态信号，健康管理单元检测开关状态信号是否有跳变来判断开关量信号是否有状态变化；

数据转发单元内部由数据通道标签打包子模块和数据通道标签解包子模块构成，打包子模块统计每个模块化单元输入的数据个数，统计高速口数据发送的数据个数，并将这些计数信息输出给健康管理单元；同理，解包子模块统计高速口数据接收的数据个数，统计输出到每个模块化单元的数据个数，也会将这些计数信息输出给健康管理单元；健康管理单元通过用户自定义的通信接口获取上述计数信息；

光链路单元输出光模块的发射器的异常信号和接收器的光LOS信号，健康管理单元通过检测光链路单元输出的每一个光模块的异常信号和LOS信号获取所有光模块状态；

健康管理单元将收集到的系统中的硬件接口状态和收发计数映射到寄存器中。

本发明的有益效果是：

1、采用波分复用解复用将多根光纤的光信号合成一根光纤进行传输，使近端光端机和远端光端机只用一根光纤进行数据交互，采用这种设计能优化设备的体积和重量；

2、多类型多数量硬件接口通过模块化单元和数据转发单元整合为单个高速接口，通过健康管理单元实现多种硬件接口的数据链路状态，用户可实时访问健康管理单元获取通信状态；

3、采用近端光端机和远端光端机方案，近端和远端光端机采用相同设计，使硬件接口一一对应，实现接口A_x到接口A_x′的映射和扩展，避免了复杂的拓扑组网约束；

4、开关量、低速串行口、DVI接口、以太网电信号接口本身因为各自电气接口特性的原因，通信距离无法达到几十公里，采用该光端机设计方案，传输距离至少可达50公里，传输距离取决于选用光模块的性能；

5、各种类型的通信接口设计了模块化单元，可根据具体应用设计需要，灵活配置所需硬件接口的通道个数，模块化单元可根据实际情况增加或者删除，达到模块化组合拼装，方便设计和应用的效果。

附图说明

图1为本发明的基于模块式设计的光端机系统结构示意图；

图2为DVI模块化单元结构示意图；

图3为低速串行口模块化单元结构示意图；

图4为以太网模块化结构示意图；

图5为开关量模块化单元结构示意图；

图6为数据通道标签打包子模块结构示意图；

图7为数据通道标签解包子模块结构示意图；

图8为光链路单元结构示意图；

图9为健康管理单元与其他单元连接示意图。

具体实施方式

该设计实现接口A_x到接口A_x′的映射和扩展，并将A_x到A_x′的映射和扩展设计成模块，在实际应用场景中根据需要进行组合拼装。所有的映射扩展模块成对使用，近端和远端模块采用数据多合一转发和数据一分多解析；多个近端模块实现近端光端机硬件接口，多个远端模块实现远端光端机硬件接口；近端模块和远端模块设计一致，近端光端机和远端光端机设计一致；近端光端机和远端光端机通过一根光纤连接；并且为每一个模块的硬件接口设计数据链路状态信号，通过光端机统一的健康管理单元进行链路管理和维护。下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。

如图1所示，本发明的一种基于模块式设计的光端机系统，由通过光纤连接的近端光端机和远端光端机组成，近端光端机和远端光端机均包括依次连接的模块化单元、数据转发单元和光链路单元，分别与模块化单元、数据转发单元和光链路单元相连的健康管理单元；

模块化单元完成DVI接口、低速串行口、以太网接口、开关量接口的数据收发；数据转发单元完成多路接口数据到单路高速数据的交换收发；模块化单元和数据转发单元构成单条光通路的负载节点，和对端光端机对应的单条光通路负载节点形成映射关系，一个光端机中有多个光通路负载节点；光链路单元实现高速数据的光电转换和多路光信号的波分复用解复用；健康管理单元负责监控模块化单元、数据转发单元、光链路单元的状态，其中数据转发单元提供数据通信状态信号。

所述模块化单元包括DVI模块化单元、低速串行口模块化单元、以太网模块化单元、开关量模块化单元。该设计方法允许多个模块化单元同时存在，在设计时，人为的为每个模块化单元分配一个唯一的单元ID，分配方法不限形式，只要保证每个模块化单元的ID唯一，不重复即可，例如：从0开始递增或者根据硬件槽位号识别，以槽位号作为ID等。该ID用于发送的串行数据流或者接收的串行数据流打标签，这些标签在模块化单元收到数据进行数据转发时用于判断转发到哪个模块化单元。在同一个模块化单元中，如果有多个数据通道时，也需要在模块化单元中以相同方式人为的为每个数据通道设置通道ID，这些通道ID用于同一个模块化单元中的不同数据通道的区分。

所述DVI模块化单元实现DVI信号的收发；DVI接口设有两路通道：一路DVI输入通道，一路DVI输出通道，具体设计时，可视情况裁剪输入输出通道的设计，其结构如图2所示；

DVI信号从DVI输入通道输入后，使用均衡器对输入信号做衰减或者放大，得到数字电路能处理的DVI数字信号，DVI数字信号通过并串转换单元得到串行发送数据流；并串转换单元可以采用并口数据转串口数据的硬件电路实现，也可以通过编程逻辑语言实现，直接将并串转换整合到可编程逻辑器件中，节约硬件成本和电路板空间。

对于DVI输出，将串行接收的数据流通过串并转换单元转换为DVI接口数据，然后通过均衡器和防静电电路输出DVI信号。同理，串并转换功能可以通过串口数据转并口数据的硬件电路实现，也可以通过编程逻辑语言实现，将串并转换整合到可编程逻辑器件中，节约硬件成本和电路板空间。

DVI接口具备DVI是否插拔的指示信号，将指示信号作为DVI接口状态信号输入到健康管理单元。

因DVI接口传输的数据为视频数据，本身数据通信带宽需求较大，可达3～5Gbps，所以一个DVI模块化单元最多只支持一路DVI收发通道。具体设计中有多通道需求时，通过采用多个DVI模块化单元实现。

所述低速串行口模块化单元实现RS422、RS485、RS232、UART接口的收发；这些低速串行口本身为双向传输信号，因低速串行接口对数据通信带宽需求不高，通常不超过10Mbps，所以一个串行口模块化单元设计多路低速串行接口。具体设计时，根据实际需要在一个低速串行口模块化单元上设计不同路数的RS422、RS485、RS232、UART等接口。

包括RS422接口和RS422接口电路、RS485接口和RS485接口电路、RS232接口和RS232接口电路、UART接口和UART接口电路、多个数据通道标签打包解包模块和电平转换模块，如图3所示；因低速串行口在一个模块化单元中有多种类型的数据通道，每种类型的数据通道有支持多个数据通道，所以，设计了两级打包解包过程，打包解包过程通过数据通道标签打包解包模块完成；每个接口电路分别连接一个数据通道标签打包解包模块，实现第一阶段的打包解包过程；然后第一阶段所有打包解包模块均连接到同一个数据通道标签打包解包模块，实现第二阶段的打包解包过程；数据通道标签打包解包模块分为打包和解包两个子模块，打包子模块完成多路同类型数据通过标记数据通道号将多路数据合成一路串行数据，该串行数据带第一阶段的通道标签；解包子模块输入一路带第一阶段通道标签的串行数据，根据通道标签解包成多路通道的数据；

低速串行口模块化单元提供低速串行口收发状态，直接将所有的接口电路数据发送线TX和数据接收线RX接到电平转换电路，转换成健康管理单元能识别的输入信号然后传输到健康管理单元中。

所述以太网模块化单元实现以太网RGMII或者SGMII接口的数据收发，以太网本身为双向传输信号，单路以太网线速率最高可达1Gbps，单个以太网模块化单元设计多路以太网RGMII或者SGMII接口的数据收发通道；多路以太网数据通过数据通道标签打包解包模块汇聚为一路带帧格式的串行数据，或者单路带帧格式的串行数据通过数据通道标签解包子模块恢复成多路以太网数据；数据通道标签打包解包模块依次连接以太网PHY芯片和网络变压器，网络变压器与10/100/1000Mbps自适应网口连接；如图4所示。

以太网PHY芯片设有配置管理接口，通过配置管理接口获取以太网的连接状态、以太网的连接速度、通信双工模式，并将上述信息传输至健康管理单元。

所述开关量模块化单元的开关状态映射到对端光端机对应的开关量模块化单元上，将发往并转串模块的0/1电平和串转并模块输出的0/1电平当成数据传递，并转串输出的数据字节和串转并输入的数据字节中的bit位从低到高依次指示开关量1到n的开关状态；开关量模块化单元包括多个驱动缓冲芯片、并转串模块、串转并模块和数据通道标签打包解包模块；

开关量包括单向IO或双向IO；如果是单向IO输入信号或者双向IO的输入处理，将开关量输入驱动缓冲芯片调理成0或者1的数字信号，然后接到并转串模块生成串行数据，串行数据送到数据通道标签打包解包模块进行打包，生成带帧格式的模块化单元串行数据，如图5所示；

如果是单向IO输出信号或者双向IO输出处理，则将收到的带帧格式的模块化单元串行数据经过数据通道标签打包解包模块进行解包得到串行数据，并将串行数据送到串转并模块恢复成各个开关量通道的开关状态，然后通过驱动缓冲芯片传输给开关量输入输出接口；

并且如果是双向IO，则采用开漏输出并且外接上拉电阻提供驱动能力，若开关状态为高电平状态，则不对开关量控制(因为采用外接上拉电阻设计，不做控制时，会自动将信号设置为高电平)，若开关量状态为低电平状态，则主动拉低开关量控制信号；

同时，驱动缓冲芯片将开关量状态传输至健康管理单元。

所述数据转发单元完成多个模块化单元的数据组帧、数据解帧以及单路高速数据的收发，数据转发单元分别与光链路单元和模块化单元连接，数据转发单元内部由数据通道标签打包解包模块构成。多个模块化单元的串行数据和数据转发单元互联汇聚成单路高速接口数据，单路高速接口数据通过数据转发单元分成多路模块化单元串行数据。当具体应用中的多个模块化单元串行数据带宽大于一个数据转发单元的高速数据接口带宽时，可采用多个数据转发单元实现。

数据转发单元的核心指标为高速数据接口带宽Bw，高速数据带宽由单路光纤链路带宽决定。假设模块化单元带宽需求为a_n，数据转发单元相连的模块化单元个数为x，数据转发单元的高速数据带宽能支撑多少个模块化单元的数据汇集需要遵循以下原则：

低速串行口模块化单元包含多个数据通道标签打包解包模块，所有的数据通道标签打包解包模块采用相同设计，均支持多路通道数据转成单路数据的标签打包和单路标签数据转成多路通道数据的标签解包功能。数据通道标签打包解包模块对所有的模块化通道数据和带帧格式的串行数据做数据个数统计，统计数据输出到健康管理单元进行后续处理。数据通道标签打包解包模块包括数据通道标签打包子模块和数据通道标签解包子模块；

数据通道标签打包子模块包括两个计数器、多个通道数据标记模块和组帧模块，如图6所示；

同类型接口的多路通道数据通过计数器记录数据个数，该数据个数为计数信息用于后续健康管理；数据通过计数器后，数据本身不做任何处理送到通道数据标记模块标记标签，带标签的数据进入组帧模块组成数据帧形成带帧格式的数据流；

组帧模块按数据到来的先后顺序进行组帧，如果多个通道数据同时到来，按照通道ID号的大小处理，ID号越小的通道优先级越高；数据帧格式按包头、数据帧类型、通道ID号、组帧次数、数据大小、数据和包尾的格式进行组帧；只有在数据转发单元中，模块化单元串行数据进行组帧时，数据帧类型才是有效，其他情况该字段仅为占位，没有实际意义；帧格式示例定义见表1，当然，用户可根据实际应用定义其他帧格式。

表1

数据通道标签解包子模块包括两个计数器、解帧模块和选择器，如图7所示；输入的带数据帧格式的串行数据通过计数器获得计数信息，并通过解帧模块进行解帧获得通道ID及对应的通道数据，分别将通道ID和通道数据输入选择器中，将多个通道ID即对应的通道数据分配到对应通道输出；同时利用计数器记录数据个数；

计数器的计数信息传输至健康管理单元。

低速串行口模块化单元中，同类型的多个通道数据通过数据通道标签打包子模块生成单路串行带帧格式的数据，即第一阶段的帧数据，第一阶段帧数据中的组帧次数为1；第一阶段单路串行带帧格式的数据通过数据通道标签解包子模块恢复成同类型接口的多路通道数据。同理，第二阶段的打包和解包流程和第一阶段类似，通道1～n的数据其实为第一阶段单路串行带帧格式的数据。

所述光链路单元输入多路高速数据接口的电信号，输出单根光纤接口光信号；包括多个高速接口以及分别与高速接口连接的光模块、光波分复用解复用器；其结构如图8所示；

高速接口的输入信号为电信号，通过光模块转成光信号，多路光信号通过光纤接入到光波分复用解复用器汇聚成单路光信号，然后通过一根光纤和对端光端机通信；不同电信号通道的数据转成不同波长的光信号，通过选用不同波长型号的光模块实现，光波分复用解复用器将不同波长的光信号汇聚成一根光纤信号；将接收到的单路光信号通过光波分复用解复用器分解成多路不同波长的光信号，然后分别通过光模块将光信号转换成电信号，通过高速接口输出；

同时，光链路单元将光模块的发射器异常状态和接收器LOS状态引出，提供给健康管理单元查询光模块状态。

所述健康管理单元用于监测各个物理接口和模块单元的状态；DVI接口具备DVI是否插拔的指示信号，将指示信号接到健康管理单元；低速串行口电路引出数据收发信号RX和TX到健康管理单元，健康管理单元检测RX和TX是否有跳变，如果对应的接收RX或者发送TX信号有跳变，则表示对应的低速串行口接收或者发送有数据；在设计以太网接口时，需要设计以太网PHY芯片的配置管理接口，通过配置管理接口获取以太网的连接状态、以太网的连接速度、通信双工模式；开关量模块化单元输出开关状态信号，健康管理单元检测开关状态信号是否有跳变来判断开关量信号是否有状态变化；

数据转发单元内部由数据通道标签打包子模块和数据通道标签解包子模块构成，打包子模块统计每个模块化单元输入的数据个数，统计高速口数据发送的数据个数，并将这些计数信息输出给健康管理单元；同理，解包子模块统计高速口数据接收的数据个数，统计输出到每个模块化单元的数据个数，也会将这些计数信息输出给健康管理单元；健康管理单元通过用户自定义的通信接口获取上述计数信息；

光链路单元输出光模块的发射器的异常信号和接收器的光LOS信号，健康管理单元通过检测光链路单元输出的每一个光模块的异常信号和LOS信号获取所有光模块状态；如图9所示；

健康管理单元将收集到的系统中的硬件接口状态和收发计数映射到寄存器中，这些寄存器对用户开放，用户可通过访问这些寄存器实时获取接口状态和收发计数。

本发明中使用的均衡器、防静电电路、并串转换模块、串并转换模块、组帧模块、解帧模块、通道标记模块等模块均为本领域常用的器件或模块，制作成简单且成本低廉。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于模块式设计的光端机系统，其特征在于，由通过光纤连接的近端光端机和远端光端机组成，近端光端机和远端光端机均包括依次连接的模块化单元、数据转发单元和光链路单元，分别与模块化单元、数据转发单元和光链路单元相连的健康管理单元；

模块化单元完成DVI接口、低速串行口、以太网接口、开关量接口的数据收发；数据转发单元完成多路接口数据到单路高速数据的交换收发；模块化单元和数据转发单元构成单条光通路的负载节点，和对端光端机对应的单条光通路负载节点形成映射关系，一个光端机中有多个光通路负载节点；光链路单元实现高速数据的光电转换和多路光信号的波分复用解复用；健康管理单元负责监控模块化单元、数据转发单元、光链路单元的状态。

2.根据权利要求1所述的基于模块式设计的光端机系统，其特征在于，所述模块化单元包括DVI模块化单元、低速串行口模块化单元、以太网模块化单元、开关量模块化单元。

3.根据权利要求2所述的基于模块式设计的光端机系统，其特征在于，所述DVI模块化单元实现DVI信号的收发；DVI接口设有两路通道：一路DVI输入通道，一路DVI输出通道；

DVI信号从DVI输入通道输入后，使用均衡器对输入信号做衰减或者放大，得到数字电路能处理的DVI数字信号，DVI数字信号通过并串转换单元得到串行发送数据流；

对于DVI输出，将串行接收的数据流通过串并转换单元转换为DVI接口数据，然后通过均衡器和防静电电路输出DVI信号；

DVI接口具备DVI是否插拔的指示信号，将指示信号作为DVI接口状态信号输入到健康管理单元。

4.根据权利要求2所述的基于模块式设计的光端机系统，其特征在于，所述低速串行口模块化单元实现RS422、RS485、RS232、UART接口的收发；

包括RS422接口和RS422接口电路、RS485接口和RS485接口电路、RS232接口和RS232接口电路、UART接口和UART接口电路、多个数据通道标签打包解包模块和电平转换模块；每个接口电路分别连接一个数据通道标签打包解包模块，实现第一阶段的打包解包过程；然后第一阶段所有打包解包模块均连接到同一个数据通道标签打包解包模块，实现第二阶段的打包解包过程；数据通道标签打包解包模块分为打包和解包两个子模块，打包子模块完成多路同类型数据通过标记数据通道号将多路数据合成一路串行数据，该串行数据带第一阶段的通道标签；解包子模块输入一路带第一阶段通道标签的串行数据，根据通道标签解包成多路通道的数据；

低速串行口模块化单元提供低速串行口收发状态，直接将所有的接口电路数据发送线TX和数据接收线RX接到电平转换电路，转换成健康管理单元能识别的输入信号然后传输到健康管理单元中。

5.根据权利要求2所述的基于模块式设计的光端机系统，其特征在于，所述以太网模块化单元实现以太网RGMII或者SGMII接口的数据收发，单个以太网模块化单元设计多路以太网RGMII或者SGMII接口的数据收发通道；多路以太网数据通过数据通道标签打包解包模块汇聚为一路带帧格式的串行数据，或者单路带帧格式的串行数据通过数据通道标签解包子模块恢复成多路以太网数据；数据通道标签打包解包模块依次连接以太网PHY芯片和网络变压器，网络变压器与10/100/1000Mbps自适应网口连接；

以太网PHY芯片设有配置管理接口，通过配置管理接口获取以太网的连接状态、以太网的连接速度、通信双工模式，并将上述信息传输至健康管理单元。

6.根据权利要求2所述的基于模块式设计的光端机系统，其特征在于，所述开关量模块化单元的开关状态映射到对端光端机对应的开关量模块化单元上，将发往并转串模块的0/1电平和串转并模块输出的0/1电平当成数据传递，并转串输出的数据字节和串转并输入的数据字节中的bit位从低到高依次指示开关量1到n的开关状态；开关量模块化单元包括多个驱动缓冲芯片、并转串模块、串转并模块和数据通道标签打包解包模块；

开关量包括单向IO或双向IO；如果是单向IO输入信号或者双向IO的输入处理，将开关量输入驱动缓冲芯片调理成0或者1的数字信号，然后接到并转串模块生成串行数据，串行数据送到数据通道标签打包解包模块进行打包，生成带帧格式的模块化单元串行数据；

如果是单向IO输出信号或者双向IO输出处理，则将收到的带帧格式的模块化单元串行数据经过数据通道标签打包解包模块进行解包得到串行数据，并将串行数据送到串转并模块恢复成各个开关量通道的开关状态，然后通过驱动缓冲芯片传输给开关量输入输出接口；

并且如果是双向IO，则采用开漏输出并且外接上拉电阻提供驱动能力，若开关状态为高电平状态，则不对开关量控制，若开关量状态为低电平状态，则主动拉低开关量控制信号；

同时，驱动缓冲芯片将开关量状态传输至健康管理单元。

7.根据权利要求1所述的基于模块式设计的光端机系统，其特征在于，所述数据转发单元完成多个模块化单元的数据组帧、数据解帧以及单路高速数据的收发，数据转发单元分别与光链路单元和模块化单元连接，数据转发单元内部由数据通道标签打包解包模块构成。

8.根据权利要求4～7任意一项所述的基于模块式设计的光端机系统，其特征在于，所述数据通道标签打包解包模块包括数据通道标签打包子模块和数据通道标签解包子模块；

数据通道标签打包子模块包括两个计数器、多个通道数据标记模块和组帧模块；

同类型接口的多路通道数据通过计数器记录数据个数，该数据个数为计数信息用于后续健康管理；数据通过计数器后，数据本身不做任何处理送到通道数据标记模块标记标签，带标签的数据进入组帧模块组成数据帧形成带帧格式的数据流；

组帧模块按数据到来的先后顺序进行组帧，如果多个通道数据同时到来，按照通道ID号的大小处理，ID号越小的通道优先级越高；数据帧格式按包头、数据帧类型、通道ID号、组帧次数、数据大小、数据和包尾的格式进行组帧；只有在数据转发单元中，模块化单元串行数据进行组帧时，数据帧类型才是有效，其他情况该字段仅为占位，没有实际意义；

数据通道标签解包子模块包括两个计数器、解帧模块和选择器，输入的带数据帧格式的串行数据通过计数器获得计数信息，并通过解帧模块进行解帧获得通道ID及对应的通道数据，分别将通道ID和通道数据输入选择器中，将多个通道ID即对应的通道数据分配到对应通道输出；同时利用计数器记录数据个数；

计数器的计数信息传输至健康管理单元。

9.根据权利要求1所述的基于模块式设计的光端机系统，其特征在于，所述光链路单元输入多路高速数据接口的电信号，输出单根光纤接口光信号；包括多个高速接口以及分别与高速接口连接的光模块、光波分复用解复用器；

高速接口的输入信号为电信号，通过光模块转成光信号，多路光信号通过光纤接入到光波分复用解复用器汇聚成单路光信号，然后通过一根光纤和对端光端机通信；不同电信号通道的数据转成不同波长的光信号，通过选用不同波长型号的光模块实现，光波分复用解复用器将不同波长的光信号汇聚成一根光纤信号；将接收到的单路光信号通过光波分复用解复用器分解成多路不同波长的光信号，然后分别通过光模块将光信号转换成电信号，通过高速接口输出；

同时，光链路单元将光模块的发射器异常状态和接收器LOS状态引出，提供给健康管理单元查询光模块状态。

10.根据权利要求1所述的基于模块式设计的光端机系统，其特征在于，所述健康管理单元用于监测各个物理接口和模块单元的状态；DVI接口具备DVI是否插拔的指示信号，将指示信号接到健康管理单元；低速串行口电路引出数据收发信号RX和TX到健康管理单元，健康管理单元检测RX和TX是否有跳变，如果对应的接收RX或者发送TX信号有跳变，则表示对应的低速串行口接收或者发送有数据；通过以太网PHY芯片的配置管理接口获取以太网的连接状态、以太网的连接速度、通信双工模式；开关量模块化单元输出开关状态信号，健康管理单元检测开关状态信号是否有跳变来判断开关量信号是否有状态变化；

数据转发单元内部由数据通道标签打包子模块和数据通道标签解包子模块构成，打包子模块统计每个模块化单元输入的数据个数，统计高速口数据发送的数据个数，并将这些计数信息输出给健康管理单元；同理，解包子模块统计高速口数据接收的数据个数，统计输出到每个模块化单元的数据个数，也会将这些计数信息输出给健康管理单元；健康管理单元通过用户自定义的通信接口获取上述计数信息；

光链路单元输出光模块的发射器的异常信号和接收器的光LOS信号，健康管理单元通过检测光链路单元输出的每一个光模块的异常信号和LOS信号获取所有光模块状态；

健康管理单元将收集到的系统中的硬件接口状态和收发计数映射到寄存器中。

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