CN104868953A - 一种基于fpga的可扩展多通道串口*** - Google Patents
一种基于fpga的可扩展多通道串口*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于FPGA的可扩展多通道串口***，该***实现串口电信号输入至光纤数据流输出的转换，以及光纤数据流输入至串口电信号输出的转换功能；实现高速率(1MHz)、可扩展串口通道数量(支持499通道)同时输入至单根光纤输出，以及单根光纤输入至高速率(1MHz)、可扩展串口通道数量(支持499通道)同时输出的转换功能；设计提供了SFP光纤模块的灵活配置，传输距离从500米至120千米，提高了高速串口传输的稳定性和可靠性，增强了高速串口传输的抗电磁干扰能力，节约了成本，满足多种工程应用场合的需求。
Description
技术领域
本发明涉及高速率(1MHz)、高可靠性，通道数量可扩展的串口远距离传输，尤其涉及基于FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)的串口与光纤互转换的远距离传输实现。
背景技术
在传统的串口互联传输***中，设备之间的传输介质都是电线缆进行直接连接的，由于电线缆的抗干扰性差，传输距离短(小于10米)，未能满足远距离传输。近年来，随着光纤互联传输技术的发展，逐渐出现了基于光纤传输的串口装置，但是仅能实现单一的串口输入、输出传输，且传输距离短(约300米)，未能满足工程需要的高速率(1MHz)、高可靠性、可扩展多通道同时远距离传输，未能满足更远距离(100千米及以上)的传输需求。
发明内容
本发明采用FPGA的高速信号采集、处理性能、高速串行传输RocketIO IP核等资源优势，设计出一套串口转光纤装置，SFP光纤互联传输装置，光纤转串口装置，解决了高速率(1MHz)、高可靠性、可扩展多通道串口在单根光纤同时传输的技术难点，突破了远距离(120千米)传输的局限，本发明的***可配置SFP光纤模块，提供单模或者多模光纤模块的灵活配置，满足多种工程应用场合的需求。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
基于FPGA的可扩展多通道串口***，其特征在于包括：串口转光纤装置1、SFP光纤互联装置2和光纤转串口装置3；串口转光纤装置1完成多通道RS232、RS422串口电信号输入至单根光纤输出的转换，同时完成单根光纤数据流输入至多通道RS232、RS422串口电信号输出的转换；SFP光纤互联装置2通过光纤线缆与远端的光纤转串口装置进行连接；光纤转串口装置3完成单根光纤数据流输入至多通道RS232、RS422串口电信号输出的转换，同时完成多通道RS232、RS422的串口电信号输入至单根光纤输出的转换功能；其基于FPGA的可扩展多通道串口转光纤装置与方法，具有很灵活的扩展性，实现方法简单，RS232最高支持1Mbps，RS422最高支持10Mbps。
串口转光纤装置1包括LED指示灯10、FPGA芯片11、时钟管理模块111、数据包封装模块112、串口电平信号采集模块113、数据并/串转换模块114、数据包解析模块115、串口电平信号恢复模块116、时钟芯片12、EEPROM程序存储芯片13、RS232串口芯片1即141、RS232串口插座1即1411、RS232串口芯片2即142、RS232串口插座2即1421、RS232串口芯片3即143、RS232串口插座3即1431、RS422串口芯片A 144、RS422串口插座A 1441、RS422串口芯片B 145、RS422串口插座B 1451、RS422串口芯片C 146、RS422串口插座C1461。
LED指示灯10，由3个独立的LED指示灯组成，3个LED指示灯的颜色分别是红色、黄色和绿色，红色LED灯闪烁则指示串口转光纤装置工作正常，黄色LED灯闪烁则指示串口电信号输入正常，绿色LED灯亮则指示串口转光纤装置的SFP光纤互联连接正常。
FPGA芯片11，设计采用Virtex-II Pro系列的FPGA，在单片FPGA内部完成时钟管理模块111、数据包封装模块112、串口电平信号采集模块113、数据并/串转换模块114、数据包解析模块115、串口电平信号恢复模块116的设计。
时钟管理模块111，设计采用DCM时钟管理器，完成为数据包封装模块112、串口电平信号采集模块113、数据并/串转换模块114、数据包解析模块115、串口电平信号恢复模块116提供高精度的156.25MHz时钟。
数据包封装模块112，串口数据在光纤数据流中是由串口数据包首引导的，串口数据包首采用一个16位特殊字符“FC17”和一个2位K字符“10”共同表示；串口数据包的长度需为16位(2字节)的倍数，且在每个串口数据包之间，均需要嵌入一定频率的时钟修正序列和字符对齐序列，时钟修正序列和字符对齐序列均采用一个16位特殊字符“FC00”和一个2位K字符“10”共同表示。
串口电平信号采集模块113，使用156.25MHz的高精度时钟实时采集串口输入的电平信号，并实时将采集所得的电平值赋给RocketIO IP核16位并行数据的某一位，再将这16位并行数据经过数据包封装模块112进行串口数据封装，完成对串口电平信号的采集。
光纤承载串口的通道数量可扩展性，根据嵌入时钟修正序列和字符对齐序列的频率，串口数据包的长度最大可为124字节，即62个16位并行数据，且每16个并行数据最高可配置8个串口通道(发送、接收各对应一位)，即***的一根光纤最高可承载499个串口通道。
数据并/串转换模块114，完成16位并行数据至光纤串行数据流的互相转换，设计采用FPGA内部的RocketIO IP核作为数据并/串转换模块114。
数据包解析模块115，实时接收光纤数据流并解析出串口数据包；当检测到包首字符“FC17”和K字符“10”时，则将串口数据提取出来，并送至串口电平信号恢复模块116进行处理。
串口电平信号恢复模块116，实时接收来自数据包解析模块115的16位并行数据，将16位并行数据与各个通道的串口进行一一对应，即16位并行数据中的某一位对应一个通道的串口发送端或接收端；使用高精度的156.25MHz时钟对串口电平信号进行实时恢复，将恢复得到串口电平信号输出至对应串口芯片，以完成串口电平信号的恢复。
时钟芯片12，设计采用IDT5V9885时钟芯片产生高精度的156.25MHz时钟，输出至时钟管理模块111。
EEPROM程序存储芯片13，设计采用Xilinx公司的XCF32P EEPROM程序存储芯片，该芯片完成FPGA程序的存储和上电自动加载。
RS232串口芯片1即141、RS232串口芯片2即142、RS232串口芯片3即143，设计采用Maxim公司的MAX3225串口芯片，该芯片完成RS232串口电平至FPGA电平的互转换。
RS232串口插座1即1411、RS232串口插座2即1421、RS232串口插座3即1431，设计采用4芯插座作为RS232串口的连接接口。
RS422串口芯片A 144、RS422串口芯片B 145、RS422串口芯片C 146，设计采用Maxim公司的MAX3490串口芯片，该芯片完成RS422串口电平至FPGA电平的互转换。
RS422串口插座A 1441、RS422串口插座B 1451、RS422串口插座C 1461，设计采用6芯插座作为RS422串口的连接接口。
SFP光纤互联装置2包括串口转光纤装置的SFP光纤模块221、光纤转串口装置的SFP光纤模块321。
SFP光纤模块221、SFP光纤模块321，采用标准的SFP光纤模块，SFP光纤模块的传输速率为3.125Gb/s，SFP光纤模块能接插SFP多模或者SFP单模光纤模块；SFP多模光纤模块传输距离为500米，传输波长为850nm；SFP单模光纤模块传输距离为120千米，传输波长为1470nm--1610nm。
光纤转串口装置3包括LED指示灯30、FPGA芯片31、时钟管理模块311、数据包解析模块312、串口电平信号恢复模块313、数据串/并转换模块314、数据包封装模块315、串口电平信号采集模块316、时钟芯片32、EEPROM程序存储芯片33、RS232串口芯片1即341、RS232串口插座1即3411、RS232串口芯片2即342、RS232串口插座2即3421、RS232串口芯片3即343、RS232串口插座3即3431、RS422串口芯片A 344、RS422串口插座A 3441、RS422串口芯片B 345、RS422串口插座B 3451、RS422串口芯片C 346、RS422串口插座C3461。
LED指示灯30，由3个独立的LED指示灯组成，3个LED指示灯的颜色分别是红色、黄色和绿色，红色LED灯闪烁则指示光纤转串口装置工作正常，黄色LED灯闪烁则指示串口电信号输入正常，绿色LED灯亮则指示光纤转串口的SFP光纤互联连接正常。
FPGA芯片31，设计采用Virtex-II Pro系列的FPGA，在单片FPGA内部完成时钟管理模块311、数据包解析模块312、串口电平信号恢复模块313、数据串/并转换模块314、数据包封装模块315、串口电平信号采集模块316。
时钟管理模块311，设计采用DCM时钟管理器，完成为数据包解析模块312、串口电平信号恢复模块313、数据串/并转换模块314、数据包封装模块315、串口电平信号采集模块316提供高精度的156.25MHz时钟。
数据包解析模块312，实时接收光纤数据流并解析出串口数据包；串口数据包首采用一个16位特殊字符“FC17”和一个2位K字符“10”共同表示，数据包解析模块312实时检测接收得到的光纤数据流，当检测到包首字符“FC17”和K字符“10”时，则将串口数据提取出来，并送至串口电平信号恢复模块313进行处理。
串口电平信号恢复模块313，实时接收来自数据包解析模块312的16位并行数据，将16位并行数据与各个通道的串口进行一一对应，即16位并行数据中的某一位对应一个通道的串口发送端；使用高精度的156.25MHz时钟对串口电平信号进行实时恢复，将恢复得到串口电平信号输出至对应串口芯片，以完成串口电平信号的恢复。
数据串/并转换模块314，完成16位并行数据至光纤串行数据流的互相转换，设计采用FPGA内部的RocketIO IP核作为数据并/串转换模块314。
数据包封装模块315，串口数据在光纤数据流中是由串口数据包首引导的，串口数据包首采用一个16位特殊字符“FC17”和一个2位K字符“10”共同表示；串口数据包的长度需为16位(2字节)的倍数，且在每个串口数据包之间，均需要嵌入一定频率的时钟修正序列和字符对齐序列，时钟修正序列和字符对齐序列均采用一个16位特殊字符“FC00”和一个2位K字符“10”共同表示。
串口电平信号采集模块316，使用156.25MHz的高精度时钟实时采集串口输入的电平信号，并实时将采集所得的电平值赋给RocketIO IP核16位并行数据的某一位，再将这16位并行数据经过数据包封装模块315进行串口数据封装，完成对串口电平信号的采集。
时钟芯片32，设计采用IDT5V9885时钟芯片产生高精度的156.25MHz时钟，输出至时钟管理模块311。
EEPROM程序存储芯片33，设计采用Xilinx公司的XCF32P EEPROM程序存储芯片，该芯片完成FPGA程序的存储和上电自动加载。
RS232串口芯片1即341、RS232串口芯片2即342、RS232串口芯片3即343，设计采用Maxim公司的MAX3225串口芯片，该芯片完成RS232串口电平至FPGA电平的互转换。
RS232串口插座1即3411、RS232串口插座2即3421、RS232串口插座3即3431，设计采用4芯插座作为RS232串口的连接接口。
RS422串口芯片A 344、RS422串口芯片B 345、RS422串口芯片C 346，设计采用Maxim公司的MAX3490串口芯片，该芯片完成RS422串口电平至FPGA电平的互转换。
RS422串口插座A 3441、RS422串口插座B 3451、RS422串口插座C 3461，设计采用6芯插座作为RS422串口的连接接口。
本发明能够获得的技术效果为：
1、本发明实现串口电信号输入至光纤数据流输出的转换，以及光纤数据流输入至串口电信号输出的转换功能。
2、本发明实现高速率(1MHz)、可扩展串口通道数量(支持499通道)同时输入至单根光纤输出，以及单根光纤输入至高速率(1MHz)、可扩展串口通道数量(支持499通道)同时输出的转换功能。
3、本发明实现SFP光纤模块的灵活配置(多模或者单模)，传输距离从500米至120千米，扩展了串口、光纤互转换的应用场合。
4、本发明采用光纤作为传输介质，简化现有设备之间的串口配线复杂性，增强***的抗电磁干扰能力，提高多通道串口传输的稳定性和可靠性。
附图说明
图1是串口转光纤装置及光纤转串口装置的互联整体结构原理框图；
图2是串口光纤传输协议的特殊字符和K字符类型；
附图标记说明如下：
1--串口转光纤装置，
10--串口转光纤装置的LED指示灯，
11--串口转光纤装置的FPGA芯片，
111--串口转光纤装置的时钟管理模块，
112--串口转光纤装置的数据包封装模块，
113--串口转光纤装置的串口电平信号采集模块，
114--串口转光纤装置的数据并/串转换模块，
115--串口转光纤装置的数据包解析模块，
116--串口转光纤装置的串口电平信号恢复模块，
12--串口转光纤装置的时钟芯片，
13--串口转光纤装置的EEPROM程序存储芯片，
141--串口转光纤装置的RS232串口芯片1，
1411--串口转光纤装置的RS232串口插座1，
142--串口转光纤装置的RS232串口芯片2，
1421--串口转光纤装置的RS232串口插座2，
143--串口转光纤装置的RS232串口芯片3，
1431--串口转光纤装置的RS232串口插座3，
144--串口转光纤装置的RS422串口芯片A，
1441--串口转光纤装置的RS422串口插座A，
145--串口转光纤装置的RS422串口芯片B，
1451--串口转光纤装置的RS422串口插座B，
146--串口转光纤装置的RS422串口芯片C，
1461--串口转光纤装置的RS422串口插座C，
2--SFP光纤互联装置，
221--串口转光纤装置的SFP光纤模块，
3--光纤转串口装置，
30--光纤转串口装置的LED指示灯，
31--光纤转串口装置的FPGA芯片，
311--光纤转串口装置的时钟管理模块，
312--光纤转串口装置的数据包解析模块，
313--光纤转串口装置的串口电平信号恢复模块，
314--光纤转串口装置的数据串/并转换模块，
315--光纤转串口装置的数据包封装模块，
316--光纤转串口装置的串口电平信号采集模块，
32--光纤转串口装置的时钟芯片，
321--光纤转串口装置的SFP光纤模块，
33--光纤转串口装置的EEPROM程序存储芯片，
341--光纤转串口装置的RS232串口芯片1，
3411--光纤转串口装置的RS232串口插座1，
342--光纤转串口装置的RS232串口芯片2，
3421--光纤转串口装置的RS232串口插座2，
343--光纤转串口装置的RS232串口芯片3，
3431--光纤转串口装置的RS232串口插座3，
344--光纤转串口装置的RS422串口芯片A，
3441--光纤转串口装置的RS422串口插座A，
345--光纤转串口装置的RS422串口芯片B，
3451--光纤转串口装置的RS422串口插座B，
346--光纤转串口装置的RS422串口芯片C，
3461--光纤转串口装置的RS422串口插座C，
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明做进一步说明。
本发明采用附图1的串口转光纤装置1、SFP光纤互联装置2以及光纤转串口装置3，搭建了可扩展多通道串口***的应用实例。
SFP光纤互联传输装置2通过光纤线缆将串口转光纤装置1与光纤转串口装置3进行互联。
串口转光纤装置1的RS232串口插座1即1411通过电线缆与输入的RS232串口1进行连接，RS232串口插座1即1411的接收端(RX)与输入的RS232串口1的发送端(TX)连接，RS232串口插座1即1411的发送端(TX)与输入的RS232串口1的接收端(RX)连接；RS232串口插座2即1421通过电线缆与输入的RS232串口2进行对接，RS232串口插座2即1421的接收端(RX)与输入的RS232串口2的发送端(TX)连接,RS232串口插座2即1421的接收端(RX)与输入的RS232串口2的发送端(TX)连接；RS232串口插座3即1431通过电线缆与输入的RS232串口3进行对接，RS232串口插座3即1431的接收端(RX)与输入的RS232串口3的发送端(TX)连接,RS232串口插座3即1431的接收端(RX)与输入的RS232串口3的发送端(TX)连接；同理，扩展输入的RS232串口通道按照此对应关系进行连接。
串口转光纤装置1的RS422串口插座A 1441通过电线缆与输入的RS422串口1进行对接，RS422串口插座A 1441的接收端(RX+、RX-)分别与输入的RS422串口1的发送端(TX+、TX-)连接，RS422串口插座A 1441的发送端(TX+、TX-)分别与输入的RS422串口1的接收端(RX+、RX-)连接；RS422串口插座B 1451通过电线缆与输入的RS422串口2进行对接，RS422串口插座B 1451的接收端(RX+、RX-)分别与输入的RS422串口2的发送端(TX+、TX-)连接，RS422串口插座B 1441的发送端(TX+、TX-)分别与输入的RS422串口2的接收端(RX+、RX-)连接；RS422串口插座C 1461通过电线缆与输入的RS422串口3进行对接，RS422串口插座C 1461的接收端(RX+、RX-)分别与输入的RS422串口3的发送端(TX+、TX-)连接，RS422串口插座C 1441的发送端(TX+、TX-)分别与输入的RS422串口3的接收端(RX+、RX-)连接；同理，扩展输入的RS422串口通道按照此对应关系进行连接。
光纤转串口装置3的RS232串口插座1即3411通过电线缆与输出的RS232串口1进行连接，RS232串口插座1即3411的接收端(RX)与输出的RS232串口1的发送端(TX)连接，RS232串口插座1即3411的发送端(TX)与输出的RS232串口1的接收端(RX)连接；RS232串口插座2即3421通过电线缆与输出的RS232串口2进行对接，RS232串口插座2即3421的接收端(RX)与输出的RS232串口2的发送端(TX)连接,RS232串口插座2即3421的接收端(RX)与输出的RS232串口2的发送端(TX)连接；RS232串口插座3即3431通过电线缆与输出的RS232串口3进行对接，RS232串口插座3即3431的接收端(RX)与输出的RS232串口3的发送端(TX)连接,RS232串口插座3即3431的接收端(RX)与输出的RS232串口3的发送端(TX)连接；同理，扩展输出的RS232串口通道按照此对应关系进行连接。
光纤转串口装置3的RS422串口插座A 1441通过电线缆与输出的RS422串口1进行对接，RS422串口插座A 1441的接收端(RX+、RX-)分别与输出的RS422串口1的发送端(TX+、TX-)连接，RS422串口插座A 1441的发送端(TX+、TX-)分别与输出的RS422串口1的接收端(RX+、RX-)连接；RS422串口插座B 1451通过电线缆与输出的RS422串口2进行对接，RS422串口插座B 1451的接收端(RX+、RX-)分别与输出的RS422串口2的发送端(TX+、TX-)连接，RS422串口插座B 1441的发送端(TX+、TX-)分别与输出的RS422串口2的接收端(RX+、RX-)连接；RS422串口插座C 1461通过电线缆与输出的RS422串口3进行对接，RS422串口插座C 1461的接收端(RX+、RX-)分别与输出的RS422串口3的发送端(TX+、TX-)连接，RS422串口插座C 1441的发送端(TX+、TX-)分别与输出的RS422串口3的接收端(RX+、RX-)连接；同理，扩展输出的RS422串口通道按照此对应关系进行连接。
当串口转光纤装置1和光纤转串口装置3均开启电工作后，各自的LED指示灯10和30的红色LED灯按固定频率闪烁，则串口转光纤装置1和光纤转串口装置3的程序启动均正常；当SFP光纤互联传输装置2通过光纤线缆连接串口转光纤装置1和光纤转串口装置3后，LED指示灯10和30的绿色LED灯是一直亮，则说明光纤互联连接正常；当串口转光纤装置1接收输入串口电信号时，LED指示灯10的黄色LED灯闪烁，当串口转光纤装置1接收输出串口电信号时，LED指示灯30的黄色LED灯闪烁，则说明串口经过光纤转换后输出正常。
参考附图1所示，通过在FPGA内部采用硬件描述语言设计实现相应的硬件模块电路，包括：时钟管理模块111、311,数据包封装模块112、315,串口电平信号采集模块113、316,数据并/串转换模块114、314,数据包解析模块115、312,串口电平信号恢复模块116、313；FPGA 11、31是采用Xilinx公司的Virtex-II Pro系列的XC2VP20-FG676-2芯片。
结合附图1对本发明做进一步的描述：
按照附图1搭建实例所示，将串口转光纤装置1设计生成的比特流文件烧写至EEPROM程序存储芯片13中，给FPGA 11上电后，FPGA 11从EEPROM程序存储芯片13加载已生成的比特流文件，并产生相应的硬件电路；将光纤转串口装置3设计生成的比特流文件烧写至EEPROM程序存储芯片33中，给FPGA 31上电后，FPGA 31从EEPROM程序存储芯片33加载已生成的比特流文件，并产生相应的硬件电路；使用串口调试助手可以观察和分析串口数据收发是否正确、可靠。
Claims (34)
1.一种基于FPGA的可扩展多通道串口***，其特征在于包括：串口转光纤装置(1)、SFP光纤互联装置(2)和光纤转串口装置(3)；串口转光纤装置(1)完成多通道RS232、RS422串口电信号输入至单根光纤输出的转换，同时完成单根光纤数据流输入至多通道RS232、RS422串口电信号输出的转换；SFP光纤互联装置(2)通过光纤线缆与远端的光纤转串口装置进行连接；光纤转串口装置(3)完成单根光纤数据流输入至多通道RS232、RS422串口电信号输出的转换，同时完成多通道RS232、RS422的串口电信号输入至单根光纤输出的转换功能；其基于FPGA的可扩展多通道串口***，具有很灵活的扩展性，实现方法简单，RS232最高支持1Mbps，RS422最高支持10Mbps。
2.根据权利要求1所述的可扩展多通道串口***，其特征在于：串口转光纤装置(1)包括LED指示灯(10)、FPGA芯片(11)、时钟管理模块(111)、数据包封装模块(112)、串口电平信号采集模块(113)、数据并/串转换模块(114)、数据包解析模块(115)、串口电平信号恢复模块(116)、时钟芯片(12)、EEPROM程序存储芯片(13)、RS232串口芯片1(141)、RS232串口插座1(1411)、RS232串口芯片2(142)、RS232串口插座2(1421)、RS232串口芯片3(143)、RS232串口插座3(1431)、RS422串口芯片A(144)、RS422串口插座A(1441)、RS422串口芯片B(145)、RS422串口插座B(1451)、RS422串口芯片C(146)、RS422串口插座C(1461)。
3.根据权利要求2所述的可扩展多通道串口***，其特征在于：LED指示灯(10)，由3个独立的LED指示灯组成，3个LED指示灯的颜色分别是红色、黄色和绿色，红色LED灯闪烁则指示串口转光纤装置工作正常，黄色LED灯闪烁则指示串口电信号输入正常，绿色LED灯亮则指示串口转光纤装置的SFP光纤互联连接正常。
4.根据权利要求2所述的可扩展多通道串口***，其特征在于：FPGA芯片(11)，设计采用Virtex-II Pro系列的FPGA，在单片FPGA内部完成时钟管理模块(111)、数据包封装模块(112)、串口电平信号采集模块(113)、数据并/串转换模块(114)、数据包解析模块(115)、串口电平信号恢复模块(116)的设计。
5.根据权利要求2所述的可扩展多通道串口***，其特征在于：时钟管理模块(111)，设计采用DCM时钟管理器，完成为数据包封装模块(112)、串口电平信号采集模块(113)、数据并/串转换模块(114)、数据包解析模块(115)、串口电平信号恢复模块(116)提供高精度的156.25MHz时钟。
6.根据权利要求2所述的可扩展多通道串口***，其特征在于：数据包封装模块(112)，串口数据在光纤数据流中是由串口数据包首引导的，串口数据包首采用一个16位特殊字符“FC17”和一个2位K字符“10”共同表示；串口数据包的长度需为16位(2字节)的倍数，且在每个串口数据包之间，均需要嵌入一定频率的时钟修正序列和字符对齐序列，时钟修正序列和字符对齐序列均采用一个16位特殊字符“FC00”和一个2位K字符“10”共同表示。
7.根据权利要求2所述的可扩展多通道串口***，其特征在于：串口电平信号采集模块(113)，使用156.25MHz的高精度时钟实时采集串口输入的电平信号，并实时将采集所得的电平值赋给RocketIO IP核16位并行数据的某一位，再将这16位并行数据经过数据包封装模块(112)进行串口数据封装，完成对串口电平信号的采集。
8.根据权利要求2所述的可扩展多通道串口***，其特征在于：光纤承载串口的通道数量可扩展性，根据嵌入时钟修正序列和字符对齐序列的频率，串口数据包的长度最大可为124字节，即62个16位并行数据，且每16个并行数据最高可配置8个串口通道，其中，发送、接收各对应一位，即***的一根光纤最高可承载499个串口通道。
9.根据权利要求2所述的可扩展多通道串口***，其特征在于：数据并/串转换模块(114)，完成16位并行数据至光纤串行数据流的互相转换，设计采用FPGA内部的RocketIOIP核作为数据并/串转换模块(114)。
10.根据权利要求2所述的可扩展多通道串口***，其特征在于：数据包解析模块(115)，实时接收光纤数据流并解析出串口数据包；当检测到包首字符“FC17”和K字符“10”时，则将串口数据提取出来，并送至串口电平信号恢复模块(116)进行处理。
11.根据权利要求2所述的可扩展多通道串口***，其特征在于：串口电平信号恢复模块(116)，实时接收来自数据包解析模块(115)的16位并行数据，将16位并行数据与各个通道的串口进行一一对应，即16位并行数据中的某一位对应一个通道的串口发送端或接收端；使用高精度的156.25MHz时钟对串口电平信号进行实时恢复，将恢复得到串口电平信号输出至对应串口芯片，以完成串口电平信号的恢复。
12.根据权利要求2所述的可扩展多通道串口***，其特征在于：时钟芯片(12)，设计采用IDT5V9885时钟芯片产生高精度的156.25MHz时钟，输出至时钟管理模块(111)。
13.根据权利要求2所述的可扩展多通道串口***，其特征在于：EEPROM程序存储芯片(13)，设计采用Xilinx公司的XCF32P EEPROM程序存储芯片，该芯片完成FPGA程序的存储和上电自动加载。
14.根据权利要求2所述的可扩展多通道串口***，其特征在于：RS232串口芯片1(141)、RS232串口芯片2(142)、RS232串口芯片3(143)，设计采用Maxim公司的MAX3225串口芯片，该芯片完成RS232串口电平至FPGA电平的互转换。
15.根据权利要求2所述的可扩展多通道串口***，其特征在于：RS232串口插座1(1411)、RS232串口插座2(1421)、RS232串口插座3(1431)，设计采用4芯插座作为RS232串口的连接接口。
16.根据权利要求2所述的可扩展多通道串口***，其特征在于：RS422串口芯片A(144)、RS422串口芯片B(145)、RS422串口芯片C(146)，设计采用Maxim公司的MAX3490串口芯片，该芯片完成RS422串口电平至FPGA电平的互转换。
17.根据权利要求2所述的可扩展多通道串口***，其特征在于：RS422串口插座A(1441)、RS422串口插座B(1451)、RS422串口插座C(1461)，设计采用6芯插座作为RS422串口的连接接口。
18.根据权利要求1所述的可扩展多通道串口***，其特征在于：SFP光纤互联装置(2)包括串口转光纤装置的SFP光纤模块(221)、光纤转串口装置的SFP光纤模块(321)。
19.根据权利要求17所述的可扩展多通道串口***，其特征在于：SFP光纤模块(221)、SFP光纤模块(321)，采用标准的SFP光纤模块，SFP光纤模块的传输速率为3.125Gb/s，SFP光纤模块能接插SFP多模或者SFP单模光纤模块；SFP多模光纤模块传输距离为500米，传输波长为850nm；SFP单模光纤模块传输距离为120千米，传输波长为1470nm--1610nm。
20.根据权利要求1所述的可扩展多通道串口***，其特征在于：光纤转串口装置(3)包括LED指示灯(30)、FPGA芯片(31)、时钟管理模块(311)、数据包解析模块(312)、串口电平信号恢复模块(313)、数据串/并转换模块(314)、数据包封装模块(315)、串口电平信号采集模块(316)、时钟芯片(32)、EEPROM程序存储芯片(33)、RS232串口芯片1(341)、RS232串口插座1(3411)、RS232串口芯片2(342)、RS232串口插座2(3421)、RS232串口芯片3(343)、RS232串口插座3(3431)、RS422串口芯片A(344)、RS422串口插座A(3441)、RS422串口芯片B(345)、RS422串口插座B(3451)、RS422串口芯片C(346)、RS422串口插座C(3461)。
21.根据权利要求19所述的可扩展多通道串口***，其特征在于：LED指示灯(30)，由3个独立的LED指示灯组成，3个LED指示灯的颜色分别是红色、黄色和绿色，红色LED灯闪烁则指示光纤转串口装置工作正常，黄色LED灯闪烁则指示串口电信号输入正常，绿色LED灯亮则指示光纤转串口的SFP光纤互联连接正常。
22.根据权利要求19所述的可扩展多通道串口***，其特征在于：FPGA芯片(31)，设计采用Virtex-II Pro系列的FPGA，在单片FPGA内部完成时钟管理模块(311)、数据包解析模块(312)、串口电平信号恢复模块(313)、数据串/并转换模块(314)、数据包封装模块(315)、串口电平信号采集模块(316)。
23.根据权利要求19所述的可扩展多通道串口***，其特征在于：时钟管理模块(311)，设计采用DCM时钟管理器，完成为数据包解析模块(312)、串口电平信号恢复模块(313)、数据串/并转换模块(314)、数据包封装模块(315)、串口电平信号采集模块(316)提供高精度的156.25MHz时钟。
24.根据权利要求19所述的可扩展多通道串口***，其特征在于：数据包解析模块(312)，实时接收光纤数据流并解析出串口数据包；串口数据包首采用一个16位特殊字符“FC17”和一个2位K字符“10”共同表示，数据包解析模块(312)实时检测接收得到的光纤数据流，当检测到包首字符“FC17”和K字符“10”时，则将串口数据提取出来，并送至串口电平信号恢复模块(313)进行处理。
25.根据权利要求19所述的可扩展多通道串口***，其特征在于：串口电平信号恢复模块(313)，实时接收来自数据包解析模块(312)的16位并行数据，将16位并行数据与各个通道的串口进行一一对应，即16位并行数据中的某一位对应一个通道的串口发送端；使用高精度的156.25MHz时钟对串口电平信号进行实时恢复，将恢复得到串口电平信号输出至对应串口芯片，以完成串口电平信号的恢复。
26.根据权利要求19所述的可扩展多通道串口***，其特征在于：数据串/并转换模块(314)，完成16位并行数据至光纤串行数据流的互相转换，设计采用FPGA内部的RocketIOIP核作为数据并/串转换模块(314)。
27.根据权利要求19所述的可扩展多通道串口***，其特征在于：数据包封装模块(315)，串口数据在光纤数据流中是由串口数据包首引导的，串口数据包首采用一个16位特殊字符“FC17”和一个2位K字符“10”共同表示；串口数据包的长度需为16位即2字节的倍数，且在每个串口数据包之间，均需要嵌入一定频率的时钟修正序列和字符对齐序列，时钟修正序列和字符对齐序列均采用一个16位特殊字符“FC00”和一个2位K字符“10”共同表示。
28.根据权利要求19所述的可扩展多通道串口***，其特征在于：串口电平信号采集模块(316)，使用156.25MHz的高精度时钟实时采集串口输入的电平信号，并实时将采集所得的电平值赋给RocketIO IP核16位并行数据的某一位，再将这16位并行数据经过数据包封装模块(315)进行串口数据封装，完成对串口电平信号的采集。
29.根据权利要求19所述的可扩展多通道串口***，其特征在于：时钟芯片(32)，设计采用IDT5V9885时钟芯片产生高精度的156.25MHz时钟，输出至时钟管理模块(311)。
30.根据权利要求19所述的可扩展多通道串口***，其特征在于：EEPROM程序存储芯片(33)，设计采用Xilinx公司的XCF32P EEPROM程序存储芯片，该芯片完成FPGA程序的存储和上电自动加载。
31.根据权利要求19所述的可扩展多通道串口***，其特征在于：RS232串口芯片1(341)、RS232串口芯片2(342)、RS232串口芯片3(343)，设计采用Maxim公司的MAX3225串口芯片，该芯片完成RS232串口电平至FPGA电平的互转换。
32.根据权利要求19所述的可扩展多通道串口***，其特征在于：RS232串口插座1(3411)、RS232串口插座2(3421)、RS232串口插座3(3431)，设计采用4芯插座作为RS232串口的连接接口。
33.根据权利要求19所述的可扩展多通道串口***，其特征在于：RS422串口芯片A(344)、RS422串口芯片B(345)、RS422串口芯片C(346)，设计采用Maxim公司的MAX3490串口芯片，该芯片完成RS422串口电平至FPGA电平的互转换。
34.根据权利要求19所述的可扩展多通道串口***，其特征在于：RS422串口插座A(3441)、RS422串口插座B(3451)、RS422串口插座C(3461)，设计采用6芯插座作为RS422串口的连接接口。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106788732A (zh) * | 2015-11-24 | 2017-05-31 | 上海航天科工电器研究院有限公司 | 一种低速光电转换模块 |
| CN111182276A (zh) * | 2018-11-09 | 2020-05-19 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种基于fpga的多路高速串口透明传输***及设备 |
| CN111934775A (zh) * | 2020-08-28 | 2020-11-13 | 思尔芯(上海)信息科技有限公司 | 一种高速串行收发器的交换*** |
| CN113922876A (zh) * | 2021-09-30 | 2022-01-11 | 中国船舶重工集团公司第七二四研究所 | 一种利用多重判断实现多通道光纤数据对齐的方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1750485A (zh) * | 2005-07-14 | 2006-03-22 | 牛伟 | 网络仿真测试***及方法 |
| CN1949881A (zh) * | 2006-11-03 | 2007-04-18 | 中国科学院光电技术研究所 | 高速ccd相机数据合成*** |
| CN201307913Y (zh) * | 2008-09-19 | 2009-09-09 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 基于多dsp并行处理的大容量图像数据实时压缩设备 |
| US20120062800A1 (en) * | 2010-09-10 | 2012-03-15 | Sisto John F | Monitor Chaining and Docking Mechanism |
| CN102983998A (zh) * | 2012-11-22 | 2013-03-20 | 北京中创信测科技股份有限公司 | 新的数据采集***SuperCAP |
| CN203133834U (zh) * | 2013-03-21 | 2013-08-14 | 浪潮电子信息产业股份有限公司 | 一种万兆直通模块 |
| CN103279058A (zh) * | 2013-05-04 | 2013-09-04 | 北京航空航天大学 | 一种面向无人机电力巡检用的光纤imu数据采集*** |
| CN104422948A (zh) * | 2013-09-11 | 2015-03-18 | 南京理工大学 | 一种嵌入式组合导航***及其方法 |
-
2015
- 2015-04-17 CN CN201510182267.1A patent/CN104868953B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1750485A (zh) * | 2005-07-14 | 2006-03-22 | 牛伟 | 网络仿真测试***及方法 |
| CN1949881A (zh) * | 2006-11-03 | 2007-04-18 | 中国科学院光电技术研究所 | 高速ccd相机数据合成*** |
| CN201307913Y (zh) * | 2008-09-19 | 2009-09-09 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 基于多dsp并行处理的大容量图像数据实时压缩设备 |
| US20120062800A1 (en) * | 2010-09-10 | 2012-03-15 | Sisto John F | Monitor Chaining and Docking Mechanism |
| CN102983998A (zh) * | 2012-11-22 | 2013-03-20 | 北京中创信测科技股份有限公司 | 新的数据采集***SuperCAP |
| CN203133834U (zh) * | 2013-03-21 | 2013-08-14 | 浪潮电子信息产业股份有限公司 | 一种万兆直通模块 |
| CN103279058A (zh) * | 2013-05-04 | 2013-09-04 | 北京航空航天大学 | 一种面向无人机电力巡检用的光纤imu数据采集*** |
| CN104422948A (zh) * | 2013-09-11 | 2015-03-18 | 南京理工大学 | 一种嵌入式组合导航***及其方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| K.L.SUN ET.AL: "Multi-Image Transmission and Controlling Real-time based on Optical Fiber", 《JOURNAL OF CONVERGENCE INFORMATION TECHNOLOGY》 * |
| 孙科林: "基于多核DSP的实时图像处理平台研究", 《中国博士学位论文全文数据库》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106788732A (zh) * | 2015-11-24 | 2017-05-31 | 上海航天科工电器研究院有限公司 | 一种低速光电转换模块 |
| CN111182276A (zh) * | 2018-11-09 | 2020-05-19 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种基于fpga的多路高速串口透明传输***及设备 |
| CN111934775A (zh) * | 2020-08-28 | 2020-11-13 | 思尔芯(上海)信息科技有限公司 | 一种高速串行收发器的交换*** |
| CN113922876A (zh) * | 2021-09-30 | 2022-01-11 | 中国船舶重工集团公司第七二四研究所 | 一种利用多重判断实现多通道光纤数据对齐的方法 |
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