CN103472388A

CN103472388A - 光纤网络的测试***

Info

Publication number: CN103472388A
Application number: CN2013104139555A
Authority: CN
Inventors: 胡钢; 邱昆
Original assignee: CHENGDU CHENGDIAN GUANGXIN TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: CHENGDU CHENGDIAN GUANGXIN TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-09-12
Filing date: 2013-09-12
Publication date: 2013-12-25

Abstract

本发明公开了一种光纤通信传输技术领域的光纤网络的测试***,包括第一参考时钟芯片、第二参考时钟芯片，还包括中央处理器、光收发器、FPGA现场可编程门阵列、EPROM存储器、JTAG调试器，第一参考时钟芯片、第二参考时钟芯片均与中央处理器连接，中央处理器、EPROM存储器、JTAG调试器、光收发器均与FPGA现场可编程门阵列连接，JTAG调试器连接EPROM存储器。它可以实现测试FPGA现场可编程门阵列的各个模块，直接将配置程序写入EPROM存储器，工程周期短，开发方便、灵活。

Description

光纤网络的测试***

技术领域

本发明涉及光纤通信传输技术领域，具体说是一种光纤通信测量、控制或信号传输***。

背景技术

光纤通信，是利用光导纤维传输信号，以实现信息传递的一种通信方式。一对单模光导纤维可以同时开通35000个电话，和电通信相比具有传输频带宽、传输损耗低、损耗均匀且不受温度的影响、抗干扰能力强、保真度高、信号保密度高、工作可靠度高等特点，其采用的高速串行能力的传输协议，具有高可靠性、高带宽、实时性高的特点。随着光纤技术的进步，特别是无水峰的全波窗口光纤的发展，从1280nm到1625nm的广阔的光频范围内，都能实现低损耗、低色散传输，传输容量呈几百倍、几千倍甚至上万倍的增长。同时光纤通信采用点对点、星形、链状、环形网络拓扑结构，中间设备少，不需要进行复杂的协议转换。正是如此，光纤通信***逐渐成为主流通信***。

光纤通信***不仅包括基础的硬件***，还包括监控管理***，其主要功能是对组成光纤通信***的各种连接设备进行性能和工作状态的监测，发生故障时会自动告警并予以处理，对保护倒换***实行自动控制。同时它还可以实现对数据的实时显示和存储，以及对存储的数据进行即时分析处理。监控管理***不仅可以接收***发送的光纤通道数据，还可以直接与另一个光纤网络终端进行互连。

光纤通信***的运行和监控功能主要是通过光纤通道数据接口卡来实现。光纤通道数据接口卡的***功能和电路逻辑比较复杂，需要较多的可配置逻辑块。这种可配置性主要通过现场可编程门阵列（FPGA）来实现，设计工程师利用FPGA上的资源将许多***功能配置到器件的逻辑电路上，缩减***电路板上的电路数量，设计工程师还可以利用FPGA的可配置特性来更改逻辑以增加或移除功能、修补逻辑漏洞或者改善性能。

光纤通道数据接口卡采用的可编程门阵列（FPGA）包括光纤通道数据处理模块、数据缓存、和计算机连接的总线控制模块、光纤通道数据存储卡工作状态寄存器组。其中设计工程师可对光纤通道数据处理模块、和计算机连接的总线控制模块进行配置，通过配置调整实现逻辑，使各个模块处于最佳的工作状态，增加FPGA各模块工作的协调性和稳定性，进而提高FPGA的整体性能。还通过配置光纤通道数据接口卡，来适应所在的光线通道网络，消除实际应用中发现的问题，从而最大程度地满足光纤网络的运行和监测需求。

FPGA的配置程序设置在EPROM中，当光纤通道数据接口卡加电时，FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中，配置完成后，FPGA进入工作状态。同一片FPGA，不同的编程数据，可产生不同电路功能，FPGA使用非常灵活。

FPGA设计时，先通过JTAG测试工具对FPGA内部节点进行测试，具体方式是将要测试的多个器件通过JTAG接口串联在一起，形成一个JTAG链，能实现对各个器件分别测试。测试完成后，再通过JTAG对FPGA上的所有部件和FPGA整体进行编程，编程结束后，将编程写入EPROM。

目前通常先用JTAG对EPROM进行预编程，然后将EPROM安装到FPGA上，然后启动FPGA，对FPGA和其各部件进行测试，根据测试结果，调整配置编程，写入EPROM，再进行测试，直到测试合格。这种方法，需要多次取下、安装EPROM，这个过程容易造成EPROM出现硬件损坏，发现编程错误，需要调整时，只能在全部测试完成后，才能通过编写新的配置程序完成，这种方法不利于寻找配置程序的优化点，同时工程周期较长。

发明内容

为了克服现有技术在通过JTAG对FPGA进行测试和编写配置程序时，采用JTAG对EPROM进行预编程，再安装到FPGA上，然后通过JTAG对FPGA***或者各部件进行整体测试，这种方案在工程周期长，无法及时调整配置程序来寻找FPGA各个部件的最优化工作点和相关的配置程序，整个测试的过程繁琐，测试周期长的技术缺陷，本发明提供一种光纤网络的测试***。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

光纤网络的测试***，包括第一参考时钟芯片、第二参考时钟芯片、中央处理器、光收发器、FPGA现场可编程门阵列、FLASH 存储器、JTAG 调试器，第一参考时钟芯片、第二参考时钟芯片、FLASH存储器、JTAG 调试器均与中央处理器连接，JTAG 调试器连接FLASH存储器，中央处理器、光收发器均与FPGA现场可编程门阵列连接。

本发明投入使用时，第一步，检查、调试设备：检查光纤网络的测试***各模块之间、光收发器和光纤网络硬件连接是否正常，如果出现异常，予以纠正。第二步，加电测试设备：启动电源，确认光纤网络的测试***和连接设备工作状态是否正常，设备正常后才投入使用；第三步，执行调试测试任务，先用JTAG 调试器测试FPGA现场可编程门阵列的各个模块，对各个模块和FPGA现场可编程门阵列进行编程，将编写好的配置程序写入FLASH存储器，让FPGA现场可编程门阵列读入FLASH存储器的配置程序，运行FPGA现场可编程门阵列，在运行中对PGA现场可编程门阵列及其各个功能模块进行测试，按测试结果，调整或者改写配置程序，再进行启动测试，直到FPGA现场可编程门阵列的配置完全符合所连接的光纤网络的监控和运行任务。

普通JTAG测试编程的工作原理：将各个逻辑器件分列，采用EPROM存储器来存储配置程序，采用JTAG测试器来扫描逻辑，它先将要测试的多个逻辑器件通过JTAG接口串联在一起，形成一个JTAG链，每一个链都有自己的测试访问端口。首先将数据传送到JTAG测试器，激活JTAG测试器的扫描逻辑，然后对JTAG链进行扫描，读出每个逻辑器件的逻辑信息，再将JTAG测试器和FPGA现场可编程门阵列相连，JTAG测试器向FPGA现场可编程门阵列发送扫描测试信号，JTAG测试器读出FPGA现场可编程门阵列的整体配置逻辑。测试完成后，再通过JTAG测试器对FPGA现场可编程门阵列上的所有部件和FPGA现场可编程门阵列整体进行编程，编程结束后，将编程写入EPROM存储器。

本发明的工作原理:采用集成JTAG测试接口的中央处理器来建立测试链路，采用FLASH存储器来存储配置程序，采用FPGA现场可编程门阵列来继承各个功能模块，采用JTAG测试器来测试FPGA现场可编程门阵列各个功能模块和FPGA现场可编程门阵列自己。FPGA现场可编程门阵列、FLASH存储器、JTAG测试器均与中央处理器相连，FLASH存储器连接JTAG测试器。工作时，JTAG测试器通过中央处理器的JTAG测试接口使用中央处理器和FPGA现场可编程门阵列以及其各模块建立的测试链路进行整体或者单个模块的测试。测试完成后，JTAG测试器通过中央处理器对FPGA现场可编程门阵列上的所有部件和FPGA现场可编程门阵列整体进行编程，编程结束后，将编程写入FLASH存储器。

和现有技术在对FPGA现场可编程门阵列进行测试编程，采用功能逻辑模块和FPGA现场可编程门阵列分开进行，再进行各模块和FPGA现场可编程门阵列编程，编程结束后，将编程写入EPROM存储器的技术方案相比，本发明采用中央处理器建立的逻辑测试链路和编程链路，使用JTAG测试器直接对FPGA现场可编程门阵列各个模块和整体进行测试和编程，测试链路稳定、高效，测试结果全面，测试工程周期短。好的测试结果，保证了后面编写的配置程序的品质和运行效率。对FPG现场可编程门阵列及其各个模块的配置程序编写完成后，直接写入FLASH存储器。同时，下次启动FPGA现场可编程门阵列时，直接读入FLASH存储器的配置程序，来实现FPGA现场可编程门阵列的功能配置，JTAG 调试器可以在新的测试程序的基础上进行调试，直到配置程序符合连接的光纤网络的要求。FLASH存储器具有比EPROM存储器更好的可擦写性能，更大的存储容量、更安全、可靠、稳定和更长的使用寿命。

为了进一步优化，提高FPGA现场可编程门阵列对光纤网络的适应能力，作为优先，FPGA现场可编程门阵列包括FC数据处理器、数据缓存、PCI-Express处理器、工作状态寄存器组,FC数据处理器、数据缓存和PCI-Express处理器均与工作状态寄存器组连接,FC数据处理器连接数据缓存,数据缓存连接PCI-Express处理器。

用于监控和运行光纤网络的FPGA现场可编程门阵列，需要将光信号和电信号进行互相转换，实现光纤网络和电通信网络的无缝连接，这个工作通常通过FC数据处理器来完成；它还需要和计算机进行高速数据交换所需的PCI-Express数据交换链路的管理模块，即PCI-Express处理器；FC数据处理器和 PCI-Express处理器的数据传输速率差别很大，所以需要实现数据传输速率调整，这是通过数据缓存来实现的；它还需要一个用于存储工作指令、硬件资源，并能行算术及逻辑运算的存储器，即是工作状态寄存器组。

以上是对光纤网络的测试***的***结构优化能力的进一步改进。采用以上结构的FPGA现场可编程门阵列可以完全适应高速光纤网络的监控和运行，并能实现和计算机进行高速通信。

本领域技术人员可根据实际工作境和设计需求自由选择组件的参数。

为了进一步优化，提高光纤网络的测试***的数据传输的双向数据传输能力，作为优先，数据缓存包括接收缓存和发送缓存，PC数据处理器连接接收缓存，接收缓存连接PCI-Express处理器，PCI-Express处理器连接发送缓存，发送缓存连接PC数据处理器。

以上是对光纤网络的测试***的数据传输能力的进一步改进。双向数据传输就是在两个数据单元之间采用发送线和接受线各自独立的方法，使数据在两个方向上同时进行传送操作。将数据缓存分为接收缓存和发送缓存分别配置在发送线和接受线，采用FIFO这种先进先出队列来实现DMA缓存部件，从而可大大提高转发效率，降低转发时延，实现了流水线方式转发FC帧,更能解决FC数据处理器数据速率与PCI Express数据速率不同的问题。

本领域技术人员可根据实际需求自由选择数据缓存的接收缓存和发送缓存的比例。

为了进一步优化，提高FPGA现场可编程门阵列数据处理能力，作为优先，光纤网络的测试***，还包括高速数据缓存器SRAM，所述高速数据缓存器SRAM连接FPGA现场可编程门阵列。

以上是对光纤网络的测试***的数据读取能力的进一步改进。高速数据缓存器SRAM具有静止存储的功能，不需要刷新电路就能保存它内部存储的数据，因此具有较高的性能，速度快，而且读写时序简单、工作稳定。采用高速数据缓存器SRAM为FPGA提供高速数据缓存，有利于提高光纤网络的测试***处理数据的能力，以适应更高速、更大容量的数据传输载荷。

本领域技术人员可根据实际需求自由选择高速数据缓存器SRAM的型号。

为了进一步优化，提高光纤网络的测试***和计算机的通信能力，光纤通道数据处理模块还包括PCI-EXPRESS接口，PCI-EXPRESS接口连接FPGA现场可编程门阵列。

以上是对光纤网络的测试***和计算机数据交换能力的进一步改进。PCI Express总线是点对点的高速串行总线，每一个PCI Express设备都拥有自己独立的数据连接，保证了通道的专有性，避免其他设备的干扰。PCI Express总线支持双向传输模式， PCI Express总线每向数据传输带宽高达4GB/s，双向数据传输带宽有8GB/s之多。

本领域技术人员可根据实际需求自由选择PCI-EXPRESS接口的型号。

为了进一步优化，提高光纤网络的测试***的***应用扩展能力，作为优选，光纤网络的测试***，还包括接口芯片MAX1482、RS485接口、RS422接口，RS485接口、RS422接口均与接口芯片MAX1482相连，接口芯片MAX1482连接FPGA现场可编程门阵列。

以上是对光纤网络的测试***的应用扩展能力的进一步改进。计算机和和智能设备一般是通过RS485接口和RS422接口同数据处理装置进行通信，实现数据的显示、存储，从而监控和运行功能。MAX1482接口芯片是低功率的全双工接口芯片，它可以实现低EMI和低反射的和RS485接口、RS422接口进行通信，RS485接口和RS422接口都是全双工通信接口。这种采用接口芯片的***具有丰富的***控制接口和通信接口。

本领域技术人员可根据实际需求自由选择接口芯片的型号。

为了进一步优化，提高光纤网络的测试***的电路逻辑配置能力，实现更好的***功能和电路逻辑，作为优先，FPGA现场可编程门阵列为Xilinx XC5VLX110T。

FPGA现场可编程门阵列, 自身拥有的可编程输入输出单元、可配置逻辑块、数字时钟管理模块、嵌入式块RAM、布线资源、底层内嵌功能单元、内嵌专用硬核各模块的性能和功能直接取决于其核心芯片。。

以上是对光纤网络的测试***综合可配置能力的进一步改进。Xilinx是FPGA现场可编程门阵列行业的技术先行企业，Virtex-5系列芯片是Xilinx公司推出的全球首款65nm FPGA产品，使用1.0V三栅极氧化层工艺，使用创新的ExpressFabric构架并实现终极的***集成平台。XC5VLX110T属于对低功耗串行I/O的高性能逻辑进行优化的LXT平台。

为了进一步优化，提高光纤网络的测试***对***各模块的管理能力，作为优选，中央处理器为Cortex-M3 核ARM微处理器LPC1769。

以上是对光纤网络的测试***的***管理能力的进一步改进。中央处理器用于控制FPGA芯片的工作状态以及缓存队列调度，对FLASH配置芯片进行管理。Cortex-M3 核ARM微处理器LPC1769，是面向业嵌入式市场的低功耗的芯片它具有JTAG 接口，支持JTAG 调试，提供了专门的指令追踪单元。

本领域技术人员可根据实际需求自由选择中央处理器的型号。

为了进一步优化，提高光纤网络的测试***的光信号转换和收发能力作为优先，光收发器的型号为FTRJ-8519-1-2.5。

以上是对光纤网络的测试***的数据信号转换和收发能力的进一步改进。采用Finisar公司FTRJ-8519-1-2.5光收发器，它采用850nm激光器，提供2.125Gbps传输速率，具有良好的抖动和EMI特性。

本领域技术人员可根据实际需求自由选择光收发器的型号。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1. 和现有技术在对FPGA现场可编程门阵列进行测试编程，采用功能逻辑模块和FPGA现场可编程门阵列分开进行，再进行各模块和FPGA现场可编程门阵列编程，将编程写入EPROM存储器的技术方案相比，本发明采用中央处理器建立的逻辑测试链路和编程链路，使用JTAG测试器直接对FPGA现场可编程门阵列各个模块和整体进行测试和编程，测试链路稳定、高效，测试结果全面，测试工程周期短。对FPG现场可编程门阵列及其各个模块的配置程序编写完成后，直接写入FLASH存储器。同时，下次启动FPGA现场可编程门阵列时，直接读入FLASH存储器的配置程序，来实现FPGA现场可编程门阵列的功能配置，JTAG 调试器可以在新的测试程序的基础上进行调试，直到配置程序符合连接的光纤网络的要求。FLASH存储器具有比EPROM存储器更好的可擦写性能，更大的容量、更安全、可靠、和更长的寿命。

2. 本发明采用包括FC数据处理器、数据缓存、PCI-Express处理器、工作状态寄存器组,FC数据处理器的FPGA现场可编程门阵列，它可以实现根据光纤网络的传输需求配置FPGA现场可编程门阵列，最大程度地满足光纤网络的监控和运行业务，其工程周期短、配置灵活、定制成本低，采用Gbps级高速串行通信模式PCI-Express接口可以轻松实现计算机和光纤数据卡之间进行大容量、高负荷的数据交换。

3. 本发明采用接口芯片MAX1482、RS485接口、RS422接口，可以实现更多的智能设备的接入，实现数据的显示、存储，从而实现对光纤网络的监控和运行功能。

本发明解决了对FPGA现场可编程门阵列进行测试编程，采用功能逻辑模块和FPGA现场可编程门阵列分开进行测试编程，将编程写入EPROM存储器、手续繁琐，工程周期长、效果不理想的技术问题，本发明的测试链路稳定、高效，测试结果全面，测试工程周期短，它还可以实现下次启动FPGA现场可编程门阵列时，直接读入FLASH存储器的配置程序，来实现FPGA现场可编程门阵列的功能配置，JTAG 调试器可以在新的测试程序的基础上进行调试，直到配置程序符合连接的光纤网络的要求。它具有很好的产业价值。。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施例，下面将对描述本发明实施例中所需要用到的附图作简单的说明。显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据下面的附图，得到其它附图。

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明，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、完整的描述。显而易见的，下面所述的实施例仅仅是本发明实施例中的一部分，而不是全部。基于本发明记载的实施例，本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下得到的其它所有实施例，均在本发明保护的范围内。

实施例一：

如图1所示，本发明，包括第一参考时钟芯片、第二参考时钟芯片，还包括中央处理器、光收发器、FPGA现场可编程门阵列、FLASH 存储器、JTAG 调试器，第一参考时钟芯片、第二参考时钟芯片、FLASH存储器、JTAG 调试器均与中央处理器连接，JTAG 调试器连接FLASH存储器，中央处理器、光收发器均与FPGA现场可编程门阵列连接。

本领域技术人员可根据实际施工环境和工件的要求自由选择组件的参数。

实施例二：

为了提高光纤网络的测试***的***结构优化能力，本实施例在实施例一的基础上进一步地改进，本实施例的FPGA现场可编程门阵列包括FC数据处理器、数据缓存、PCI-Express处理器、工作状态寄存器组,FC数据处理器、数据缓存和PCI-Express处理器均与工作状态寄存器组连接,FC数据处理器连接数据缓存,数据缓存连接PCI-Express处理器。

实施例三：

为了提高光纤网络的测试***的数据传输能力，本实施例在实施例二的基础上进一步地改进，本实施例的数据缓存包括接收缓存和发送缓存，PC数据处理器连接接收缓存，接收缓存连接PCI-Express处理器，PCI-Express处理器连接发送缓存，发送缓存连接PC数据处理器。

实施例四：

为了提高光纤网络的测试***的数据读取能力，本实施例在实施例一～三的任意一个实施例的基础上进一步地改进，本实施例的光纤网络的测试***，还包括高速数据缓存器SRAM,高速数据缓存器SRAM连接FPGA现场可编程门阵列。

实施例五：

为了提高光纤网络的测试***和计算机数据交换能力，本实施例在实施例一～四的任意一个实施例的基础上进一步地改进，本实施例的1光纤网络的测试***，还包括PCI-Express接口，PCI-Express接口连接PCI-Express处理器。

本领域技术人员可根据实际需求自由选择PCI-Express接口的类型。

实施例六：

为了提高光纤网络的测试***的应用扩展能力，本实施例在实施例一～五的任意一个实施例的基础上进一步地改进，本实施例的光纤网络的测试***，还包括接口芯片MAX1482、RS485接口、RS422接口，RS485接口、RS422接口均与接口芯片MAX1482相连，接口芯片MAX1482连接FPGA现场可编程门阵列。

本领域技术人员可根据实际需求自由选择接口芯片的型号。

实施例七：

为了提高光纤网络的测试***综合可配置能力，本实施例在实施例一～六的任意一个实施例的基础上进一步地改进，本实施例的FPGA现场可编程门阵列为Xilinx XC5VLX110T。

本领域技术人员可根据实际需求自由选择FPGA现场可编程门阵列的型号。

实施例八：

为了提高光纤网络的测试***的***管理能力，本实施例在实施例一～七的任意一个实施例的基础上进一步地改进，本实施例的中央处理器为Cortex-M3 核ARM微处理器LPC1769。

实施例九：

为了提高光纤网络的测试***的数据信号转换和收发能力，本实施例在实施例一～八的任意一个实施例的基础上进一步地改进，本实施例的光收发器的型号为FTRJ-8519-1-2.5。

本领域技术人员可根据实际需求自由选择光收发器的型号。

如上所述便可实现该发明。

Claims

1.光纤网络的测试***，包括第一参考时钟芯片、第二参考时钟芯片，其特征在于：还包括中央处理器、光收发器、FPGA现场可编程门阵列、FLASH 存储器、JTAG 调试器，所述第一参考时钟芯片、第二参考时钟芯片、FLASH存储器、JTAG 调试器均与中央处理器连接，所述JTAG 调试器连接FLASH存储器，所述中央处理器、光收发器均与FPGA现场可编程门阵列连接。

2.根据权利要求1所述的光纤网络的测试***，其特征在于：所述的FPGA现场可编程门阵列包括FC数据处理器、数据缓存、PCI-Express处理器、工作状态寄存器组,所述FC数据处理器、数据缓存和PCI-Express处理器均与工作状态寄存器组连接,所述FC数据处理器连接数据缓存,所述数据缓存连接PCI-Express处理器。

3.根据权利要求3所述的光纤网络的测试***，其特征在于：所述的数据缓存包括接收缓存和发送缓存，所述PC数据处理器连接接收缓存，所述接收缓存连接PCI-Express处理器，所述PCI-Express处理器连接发送缓存，所述发送缓存连接PC数据处理器。

4.根据权利要求1所述的光纤网络的测试***，其特征在于：还包括高速数据缓存器SRAM,所述高速数据缓存器SRAM连接FPGA现场可编程门阵列。

5.根据权利要求1所述的光纤网络的测试***，其特征在于：还包括PCI-Express接口，所述PCI-Express接口连接PCI-Express处理器。

6.根据权利要求1所述的光纤网络的测试***，其特征在于：还包括接口芯片MAX1482、RS485接口、RS422接口，所述RS485接口、RS422接口均与接口芯片MAX1482相连，所述接口芯片MAX1482连接FPGA现场可编程门阵列。

7.根据权利要求1所述的光纤网络的测试***，其特征在于：所述的FPGA现场可编程门阵列为Xilinx XC5VLX110T。

8.根据权利要求1所述的光纤网络的测试***，其特征在于：所述的中央处理器为Cortex-M3 核ARM微处理器LPC1769。

9.根据权利要求1所述的光纤网络的测试***，其特征在于：所述的光收发器的型号为FTRJ-8519-1-2.5。