CN103049414B - Fc总线与can总线间数据的转换及传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种FC总线与CAN总线间数据的转换及传输方法，解决以CAN总线作为局部总线的子***与FC主干网络之间数据相互通信的问题。本发明的方案中，FPGA内部PPC处理器对FC总线和CAN总线接口进行初始化、收发控制、数据管理和中断处理等操作，完成FC-AE-ASM协议下的FC数据帧信息与CAN报文信息的解析和帧格式转换工作，同时FPGA内部设计环形缓冲区，解决FC与CAN两种不同总线带宽数据转发过程中的速率不匹配问题。
Description
技术领域：
本发明属于计算机通信技术，涉及通信网络中一种FC与CAN两种总线之间基于FC-AE-ASM与CAN的协议转换及数据相互转发的实现技术。
背景技术：
由于光纤通信总线(以下简称“FC总线”)具备高带宽、低延迟、高可靠和支持交换网络架构等特性，适合于构建大规模分布式实时***并满足其对网络带宽和数据传输实时性的较高要求。目前符合FC-AE-ASM协议的FC网络已作为主干网络应用于航空产品的通信网络***，为新一代飞机上各子***之间的互联提供通信支持。
在***整体设计过程中，虽然采用FC网络作为主干网络，但是一些子***内部的各功能模块之间基于通信要求、有效数据量及技术成熟度等因素考虑，会选用CAN总线作为子***内部的局部总线使用；而子***又需要与FC主干网络进行互联和通信，因此需要提供一种FC总线与CAN总线之间数据相互转发的实现技术。
发明内容：
本发明的目的是，提供一种FC总线与CAN总线间数据的转换及传输方法，解决以CAN总线作为局部总线的子***与FC主干网络之间数据相互通信的问题。
本发明的技术解决方案如下：
FC总线与CAN总线间数据的转换及传输方法，
其中，FC至CAN总线数据转发及传输包括以下步骤：
1)对FC总线接口和CAN总线接口进行配置和初始化操作；
2)FC接收状态机响应FC MAC状态；
3)若FC端口接收到消息，则FC接收控制逻辑将接收到的FC数据帧信息写入FC接收缓冲区，更新接收缓冲区尾指针，将FC消息接收中断上报PPC处理器；若无接收消息，则重复步骤2)；
4)PPC处理器收到FC接收消息中断后，进入中断服务程序，读取FC接收缓冲区中的数据并写入环形缓冲区，更新接收缓冲区头指针和环形缓冲区指针，清除中断；
5)PPC处理器查询CAN总线端口状态，判断CAN接口是否具备发送条件；
6)若CAN总线接口具备发送条件，则转步骤7)；若CAN总线不具备发送条件，则重复步骤5)；
7)PPC处理器查询环形缓冲区状态；
8)若环形缓冲区中有待向CAN总线发送的数据，则转步骤9)；若无待向CAN总线发送的数据，则重复步骤7)；
9)PPC处理器将环形缓冲区中的数据取出，根据设置的CAN报文参数进行CAN报文信息的组织，并将组织好的CAN报文写入CAN发送FIFO；
10)CAN控制逻辑和CAN协议处理逻辑将CAN报文信息进行封装并由CAN驱动器发送至CAN总线；
CAN至FC总线数据转发及传输包括以下步骤：
11)对FC和CAN总线接口进行配置和初始化操作；
12)CAN协议处理逻辑解析接收到的CAN报文信息，CAN总线控制逻辑
将接收到的数据写入CAN消息接收缓冲区，向PPC处理器上报CAN接收
中断；
13)PPC处理器响应CAN接收中断，从CAN接收FIFO读取有效数据，根
据设置的FC参数对数据进行FC帧格式的组织，并将组帧完成的FC数
据写入FC发送缓冲区，更新FC发送缓冲区尾指针；
14)FC发送控制逻辑检测发送缓冲区状态；
15)若FC发送缓冲区有待发送的数据，则FC发送控制逻辑将发送缓
冲区中的FC数据帧送至FC MAC，更新发送缓冲区头指针；若发送缓
冲区无数据，则重复步骤14)；
16)FC数据帧发送至FC网络。
本发明的优点是：
专用接口转换功能：本设计为一种全新的接口转换技术，提供了一种专用的FC总线接口与CAN总线接口之间基于FC-AE-ASM与CAN的协议转换及数据相互转发的实现技术，可实时完成FC总线数据与CAN总线数据的接收、缓存、格式转换与数据转发功能；
适应性强：接口基于标准协议进行开发，可满足与网络中各种符合FC-AE-ASM协议的FC节点机、FC交换机以及各种CAN节点机进行通信；
使用方便：将接口转换模块的FC光接口与***FC网络相连，CAN总线接口与子***CAN总线相连，模块上电即可自动加载逻辑和相应程序，实现FC与CAN接口数据的转发功能；
功耗低、体积小、易于维护：由于基于FPGA设计实现，因此转换接口模块具有功耗低、体积小等特点，设计提供串行接口，易于实现调试、测试及通信配置等功能。
附图说明
图1是FC与CAN总线转换接口逻辑结构图；
图2是FC至CAN总线数据转发流程图；
图3是CAN至FC总线数据转发流程图。
具体实施方式:
本发明的方案中，接口转换基于内嵌PPC处理器硬核的FPGA设计实现，FPGA周边配置CAN总线接口电路、光电收发器及其他相应外设电路。通过FPGA逻辑实现FC MAC接口功能、CAN接口控制功能和CAN协议处理功能。FPGA内部PPC处理器运行Vxworks操作***，对FC总线和CAN总线接口进行初始化、收发控制、数据管理和中断处理等操作，完成FC-AE-ASM协议下的FC数据帧信息与CAN报文信息的解析和帧格式转换工作，同时FPGA内部设计环形缓冲区，解决FC与CAN两种不同总线带宽数据转发过程中的速率不匹配问题。
下面结合附图对实施方式进行具体说明。
首先对FC与CAN总线数据转发的逻辑架构及设计实现进行介绍，如图1所示：转换接口基于内嵌PPC处理器的FPGA进行设计，配合相应外设实现接口转换及程序运行与调试等功能。
FPGA外部配置MAX3232串口驱动器、FLASH和DDR2存储器以实现PPC处理器的程序运行与调试维护等功能，逻辑内部通过接口控制器、存储器管理器和DDR2控制器IP核实现对串行接口和存储器的管理。PPC处理器运行Vxworks操作***，负责完成FC和CAN总线的接口控制及初始化、中断处理、数据转换与组帧和传输管理等工作。可通过串行接口实现对相关接口参数的配置，参数包括：FC_PortID、FC_MsgID、FC_D_ID、CAN总线速率、CAN消息号等。
FC接口采用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；Serdes基于FPGA的MGT实现FC信号的串/并转换、8B/10B编码、时钟恢复以及CRC校验等工作；FC电信号与光信号的转换通过光电收发器件实现。
FC接收控制逻辑负责响应FC接口状态机并判断FC接收缓冲区状态，从FC MAC接收FC数据帧并将信息写入FC接收缓冲区，完成对接收缓冲区指针的维护，最后对PPC处理器上报FC接收中断。FC发送控制逻辑负责维护发送缓冲区状态，判断FC链路状态，进行发送状态机管理，将当前发送缓冲区的数据提交FC MAC。PPC处理器通过一系列FC管理寄存器实现FC链路初始化、状态控制以及对FC接收、发缓冲区的管理。FC接收及发送缓冲区采用4缓机制，每个缓冲区的大小为最大帧长。
CAN总线接口通过CAN驱动器对外提供电信号，FPGA内部CAN协议处理单元实现对CAN报文信息的解析和封装。CAN控制逻辑负责维护CAN总线状态机，将13Byte宽度发送FIFO内的报文信息发送至CAN总线，同时负责将从CAN总线接收到的报文信息写入64Byte深度的CAN接收缓冲区，并将CAN接收中断上报处理器。PPC处理器从13Byte宽度的接收FIFO读取CAN接收消息，并通过一系列CAN管理寄存器实现对CAN总线链路控制及CAN报文信息收/发管理的操作。
由于FC总线接口与CAN总线接口是相互独立的，处理器可以同时进行2种总线上数据的接收与发送操作，并完成转发过程中的数据管理与帧格式转换工作。PPC处理器收到CAN接收中断，从CAN接收FIFO读取CAN报文信息，将有效数据取出，并根据设置的FC相关参数(若未设置则采用默认值)进行FC消息的组帧工作，最后将组织好的数据帧写入FC发送缓冲区，更新发送缓冲区指针。由于FC总线带宽为2.125Gbps，CAN总线带宽为1Mbps，因此逻辑内部建立数据缓冲机制，设计128个帧长的环形缓冲区以及相应管理寄存器以解决FC总线带宽与CAN总线带宽不匹配的问题。PPC处理器收到FC接收中断，将FC接收缓冲内的有效数据取出并写入环形缓冲区，更新FC接收缓冲和环形缓冲区指针,同时PPC处理器查询CAN总线端口状态，待CAN接口具备发送条件，PPC处理器从当前环形缓冲区将数据取出，根据设置的CAN报文参数(若未设置则采用默认值)进行CAN报文信息的组织，最后将组织好的CAN报文写入CAN发送FIFO。
下面对FC至CAN总线数据转发流程进行介绍，如图2所示：
1)对FC总线接口和CAN总线接口进行配置和初始化操作；
2)FC接收状态机响应FC MAC状态；
3)若FC端口接收到消息，则FC接收控制逻辑将接收到的FC数据帧信息写入FC接收缓冲区，更新接收缓冲区尾指针，将FC消息接收中断上报PPC处理器；若无接收消息，则重复步骤2)；
4)PPC处理器收到FC接收消息中断后，进入中断服务程序，读取FC接收缓冲区中的数据并写入环形缓冲区，更新接收缓冲区头指针和环形缓冲区指针，清除中断；
5)PPC处理器查询CAN总线端口状态，判断CAN接口是否具备发送条件；
6)若CAN总线接口具备发送条件，则转步骤7)；若CAN总线不具备发送条件，则重复步骤5)；
7)PPC处理器查询环形缓冲区状态；
8)若环形缓冲区中有待向CAN总线发送的数据，则转步骤9)；若无待向CAN总线发送的数据，则重复步骤7)；
9)PPC处理器将环形缓冲区中的数据取出，根据设置的CAN报文参数(若未设置则采用默认参数)进行CAN报文信息的组织，并将组织好的CAN报文写入CAN发送FIFO；
10)CAN控制逻辑和CAN协议处理逻辑将CAN报文信息进行封装并由CAN驱动器发送至CAN总线。
下面对CAN至FC总线数据转发流程进行介绍，如图3所示：
1)对FC和CAN总线接口进行配置和初始化操作；
2)CAN协议处理逻辑解析接收到的CAN报文信息，CAN总线控制逻辑将接收到的数据写入CAN消息接收缓冲区，向PPC处理器上报CAN接收中断；
3)PPC处理器响应CAN接收中断，从CAN接收FIFO读取有效数据，根据设置的FC参数(若未设置则采用默认参数)对数据进行FC帧格式的组织，并将组帧完成的FC数据写入FC发送缓冲区，更新FC发送缓冲区尾指针；
4)FC发送控制逻辑检测发送缓冲区状态；
5)若FC发送缓冲区有待发送的数据，则FC发送控制逻辑将发送缓冲区中的FC数据帧送至FC MAC，更新发送缓冲区头指针；若发送缓冲区无数据，则重复步骤4)；
6)FC数据帧发送至FC网络。
Claims (1)
1.FC总线与CAN总线间数据的转换及传输方法，
其中，FC至CAN总线数据转发及传输包括以下步骤：
1)对FC总线接口和CAN总线接口进行配置和初始化操作；
2)FC接收状态机响应FC MAC状态；
3)若FC端口接收到消息，则FC接收控制逻辑将接收到的FC数据帧信息写入FC接收缓冲区，更新接收缓冲区尾指针，将FC消息接收中断上报PPC处理器；若无接收消息，则重复步骤2)；
4)PPC处理器收到FC接收消息中断后，进入中断服务程序，读取FC接收缓冲区中的数据并写入环形缓冲区，更新接收缓冲区头指针和环形缓冲区指针，清除中断；
5)PPC处理器查询CAN总线端口状态，判断CAN接口是否具备发送条件；
6)若CAN总线接口具备发送条件，则转步骤7)；若CAN总线不具备发送条件，则重复步骤5)；
7)PPC处理器查询环形缓冲区状态；
8)若环形缓冲区中有待向CAN总线发送的数据，则转步骤9)；若无待向CAN总线发送的数据，则重复步骤7)；
9)PPC处理器将环形缓冲区中的数据取出，根据设置的CAN报文参数进行CAN报文信息的组织，并将组织好的CAN报文写入CAN发送FIFO；
10)CAN控制逻辑和CAN协议处理逻辑将CAN报文信息进行封装并由CAN驱动器发送至CAN总线；
CAN至FC总线数据转发及传输包括以下步骤：
11)对FC和CAN总线接口进行配置和初始化操作；
12)CAN协议处理逻辑解析接收到的CAN报文信息，CAN总线控制逻辑将接收到的数据写入CAN消息接收缓冲区，向PPC处理器上报CAN接收中断；
13)PPC处理器响应CAN接收中断，从CAN接收FIFO读取有效数据，根据设置的FC参数对数据进行FC帧格式的组织，并将组帧完成的FC数据写入FC发送缓冲区，更新FC发送缓冲区尾指针；
14)FC发送控制逻辑检测发送缓冲区状态；
15)若FC发送缓冲区有待发送的数据，则FC发送控制逻辑将发送缓冲区中的FC数据帧送至FC MAC，更新发送缓冲区头指针；若发送缓冲区无数据，则重复步骤14)；
16)FC数据帧发送至FC网络。
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