CN104991880A - 一种基于pci-e接口的fc-ae-asm通讯板卡 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于PCI-E接口的FC-AE-ASM通信板卡，包括FPGA芯片、DDR2模块、电源管理模块、光收发模块、可编程时钟和配置芯片;FPGA芯片的存储控制信号输入输出端连接DDR2模块的存储控制信号输出输入端；FPGA芯片的传输数据输入输出端与光收发模块的数据输出输入端连接，FPGA芯片与PCI-E总线接口连接；所述电源管理模块的输入与所述PCI-E总线接口连接；所述FPGA芯片的时钟输入还与可编程时钟连接；所述FPGA芯片与所述配置芯片连接。采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：对于能够支持最高4.25Gbps的传输速率，最远距离达到15km的光纤协议通道，提升了其与计算机终端之间数据传输速度15%。

Description

一种基于PCI-E接口的FC-AE-ASM通讯板卡
技术领域
本发明涉及通讯技术领域，特别涉及一种基于PCI-E接口的FC-AE-ASM通讯板卡。
背景技术
二十世纪七十年代以来，航空电子已从模拟化***迅速发展为数字化***。航空电子***结构经历了分立式、联合式、综合式以及先进综合式发展。联合式航空电子***数据通信主要采用RS-422、RS-485、ARINC429以及MIL-STD-1553等通信协议，这些数据通信协议具有可靠性高、通信质量稳定等特点，在当代航空、航海等军事通信领域得到了广泛应用。但是这些通信协议中，采用并行传输方式的协议造价成本高，且在长距离传输时，数据线之间的干扰增加，数据容易产生错误，因此其并不适于长距离的数据传输，而一般的串行数据传输方式（如RS-422、RS-485等）虽然在数据传输方面虽然各有特点，但其在传输速率和传输距离方面仍不尽人意。总之，由于上述协议数据传输率低、容错能力有限和维修工作复杂等***局限性，因此通常只适用于自身具有数据处理能力的子***之间数据量较小的数据传输，不能满足综合化航空电子***对数据通信的要求。
航空电子环境下的光纤通道协议(FC-AE)包含FC-AE-ASM、FC-AE-1553、FC-AE-RDMA等多种FC上层协议，这些协议适应统一网络的广泛性要求，满足航空电子发展的需要，得到了众多民用、军用公司的支持和参与。
目前，我国使用较多的机载数据总线有ARINC 429和MIL-STD-1553B总线。与欧美等国家先进水平相比，我国战机的航空电子综合化水平和航空电子设备存在着较大差距。我国也已明确将使用光纤通道统一网络FC作为我国新一代军机航电***的标准，在新一代战机中将装备具有FC总线的航电***。作为FC-AE协议簇中的一员，FC-AE-ASM（航空电子环境下光纤通道的匿名消息传输协议）以其低延迟、高数据通信效率、实时通信能力强等优点已被应用于新一代航电***，市场前景广阔。
然而目前的FC-AE-ASM协议，实现数据传输与计算机终端连接的结构较为繁复，成本较高，并且该连接的传输速率不足，偶有数据收发不及时情况，在对数据传输要求精准高速的航电领域，这无疑是制约该技术发展的一个重要因素。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种基于PCI-E接口的FC-AE-ASM通讯板卡，实现计算机终端与协议传输端之间的数据高速传输。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
一种基于PCI-E接口的FC-AE-ASM通信板卡，包括FPGA芯片、DDR2（第二代双倍速率同步动态随机存储器）模块、电源管理模块、光收发模块、可编程时钟和配置芯片；
FPGA芯片的存储控制信号输入输出端连接DDR2模块的存储控制信号输出输入端；FPGA芯片的传输数据输入输出端与光收发模块的数据输出输入端连接，FPGA芯片与PCI-E总线接口连接；所述电源管理模块的输入与所述PCI-E总线接口连接；所述FPGA芯片的时钟输入还与可编程时钟连接；所述FPGA芯片与所述配置芯片连接；
所述电源管理模块的输入电压为3.3V，且该电源管理模块设有电压分别为1.0V、1.2V、1.8V和2.5V的至少四种电压输出。
上述的基于PCI-E接口的FC-AE-ASM通信板卡，所述FPGA芯片的顶层模块包括FC模块部分、数据缓存部分和PCI-E部分；
所述PCI-E部分包括PCI-E EP（PCI-E端点）、DMA（直接内存存取）控制器、寄存器和GTP（高速串行收发器）；所述PCI-E EP通过所述GTP与所述PCI-E总线连接；所述DMA控制器与所述寄存器连接；
所述数据缓存部分包括FC通道接口控制模块，所述FC通道接口控制模块与用户接口连接，所述FC通道接口控制模块通过Tx缓冲模块读取来自所述DMA控制器的信息并将该信息传递给所述用户接口，所述FC通道接口控制模块通过Rx缓冲模块读取来自所述用户接口的信息并将该信息传递给所述DMA控制器；
所述FC模块部分包括MAC（媒体接入控制）模块、用户接口、管理接口、信用管理模块和链路控制模块；所述用户接口、信用管理模块和所述链路控制模块均与所述MAC模块连接；所述管理接口与所述寄存器连接；所述链路控制模块通过GTP连入FC总线。
上述的基于PCI-E接口的FC-AE-ASM通信板卡，每个所述DMA控制器通过两个数据缓存部分分别与两个FC模块部分相连；每个数据缓存部分仅以一个FC模块部分作为对象进行数据缓存。
上述的基于PCI-E接口的FC-AE-ASM通信板卡，所述PCI-E总线为4位总线，该PCI-E总线通过两个GTP与所述PCI-E EP连接。
上述的基于PCI-E接口的FC-AE-ASM通信板卡，所述DDR2模块的SDRAM芯片,单片大小为512M，数据总线宽度为16位，两片合成32位数据线后使用，该芯片为Micron公司的MT47H128M16HG-3。
上述的基于PCI-E接口的FC-AE-ASM通信板卡，所述FPGA芯片还连接有复位电路；所述复位电路包括电阻R1、电阻R2、复位按键开关K、电容C1、二极管VD和与FPGA芯片的复位接口相连复位端子；
所述二极管VD的负极和所述电阻R1的一端均与供电电源正极相连；所述电阻R1的另一端、二极管VD的正极、电阻R2的一端和电容C1的正极均与所述复位端子相连；所述电阻R2的另一端与复位按键开关K的一端相连；所述复位按键开关K的另一端和电容C1的负极均接地。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
对于能够支持最高4.25Gbps的传输速率，最远距离达到15km的光纤协议通道，提升了其与计算机终端之间数据传输速度15%。
附图说明
图1是本发明基于PCI-E接口的FC-AE-ASM通信板卡的硬件结构示意图。
图2是本发明FPGA芯片的顶层模块结构示意图。
图3是本发明复位电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明，以助于理解本发明的内容。
如图1所示，本发明提供了一种基于PCI-E接口的FC-AE-ASM通信板卡，包括FPGA芯片、DDR2（第二代双倍速率同步动态随机存储器）模块、电源管理模块、光收发模块、可编程时钟和配置芯片。本实施例中FPGA型号为Xilinx公司Virtex5 LXT系列的XC5VLX110T-1FFG1136I。FPGA芯片的存储控制信号输入输出端连接DDR2模块的存储控制信号输出输入端；DDR2模块实现FPGA的信息存储，该DDR2模块的SDRAM芯片单片大小为512M，数据总线宽度为16位，两片合成32位数据线后使用，能够有效保障FPGA的信息读存功能，在本实施例中，DDR2模块的芯片为Micron公司生产的MT47H128M16HG-3，其工作频率在200MHz下，有效满足FPGA需求。
FPGA芯片的传输数据输入输出端与光收发模块的数据输出输入端连接，FPGA芯片与PCI-E总线接口连接。如此，FPGA能够完成高频光信号与电信号之间转换和PCI-E总线与FC总线之间的信息交互功能。所述电源管理模块的输入与所述PCI-E总线接口连接；所述电源管理模块的输入电压为3.3V，且该电源管理模块设有电压分别为1.0V、1.2V、1.8V和2.5V的至少四种电压输出。电源管理模块能够统一为FPGA及其扩展元件实现供电管理，满足不同的元件电压需求。
所述FPGA芯片的时钟输入还与可编程时钟连接；实现计时和计数功能，为FPGA进行数据同步提供时钟依据。所述FPGA芯片与所述配置芯片连接；配置芯片用于实现FPGA的初始配置实现，保证功能正常实现。本实施例中，该配置芯片型号选用为Xilinx公司的XCF32PVOG48C。
为了保证FPGA正常工作，实现复位功能。该FPGA芯片还连接有复位电路；如图3所示，所述复位电路包括电阻R1、电阻R2、复位按键开关K、电容C1、二极管VD和与FPGA芯片的复位接口相连复位端子；所述二极管VD的负极和所述电阻R1的一端均与供电电源正极相连；所述电阻R1的另一端、二极管VD的正极、电阻R2的一端和电容C1的正极均与所述复位端子相连；所述电阻R2的另一端与复位按键开关K的一端相连；所述复位按键开关K的另一端和电容C1的负极均接地。
该复位电路的工作过程如下：
1、在***接电后，电源正极输出3.3V电压，经过R1给C1充电，此时复位端子RESET上得到低电平，经过一段时间后，C1被充满，复位端点RESET电平升高，最后稳定在高电平，完成上电复位过程。
2、按下复位按键开关K时，开关闭合，C1经过R2放电到地，复位端子RESET被瞬间拉到低电平,当复位按键开关K打开后，C1再次通过R1充电，经过一段时间后稳定到高电平，完成手动复位过程。
如图2所示，本实施例FPGA芯片的顶层模块包括FC模块部分1、数据缓存部分2和PCI-E部分3；所述PCI-E部分包括PCI-E EP（PCI-E端点）、DMA（直接内存存取）控制器、寄存器和GTP（高速串行收发器）；所述PCI-E EP通过所述GTP与所述PCI-E总线连接；所述DMA控制器与所述寄存器连接；如此，基于此，本发明的通讯板卡能够实现PCIe总线的EndPoint以及DMA的功能，完成与主机PCIe总线的数据交互。
所述数据缓存部分包括FC通道接口控制模块，所述FC通道接口控制模块与用户接口连接，所述FC通道接口控制模块通过Tx缓冲模块读取来自所述DMA控制器的信息并将该信息传递给所述用户接口，所述FC通道接口控制模块通过Rx缓冲模块读取来自所述用户接口的信息并将该信息传递给所述DMA控制器。Rx缓冲模块和Tx缓冲模块，能够暂时缓存上下行数据，防止数据丢失，有效保证数据传输的完整性。
所述FC模块部分包括MAC（媒体接入控制）模块、用户接口、管理接口、信用管理模块和链路控制模块；所述用户接口、信用管理模块和所述链路控制模块均与所述MAC模块连接；所述管理接口与所述寄存器连接；所述链路控制模块通过GTP连入FC总线。FC模块主要负责数据编解码和光电信号的转换，并且能够配合通过所述的DMA控制器对数据传输进行适应性管控，实现与PCI-E总线的数据功能互补，保证传输数据的正确率前提下实现数据传输速率的提升。
在本实施例中，每个所述DMA控制器通过两个数据缓存部分分别与两个FC模块部分相连；每个数据缓存部分仅以一个FC模块部分作为对象进行数据缓存。DMA控制器能够处理两个FC模块的数据，保证了处理速率，提高了数据传输速率，而每个FC模块都有专用数据缓存部分，数据不会混淆，保证了数据传输准确率。所述PCI-E总线为4位总线，该PCI-E总线通过两个GTP与所述PCI-E EP连接。如此，本通讯板卡在不占用过多的总线资源情况下即实现数据的高速传输。
本通讯板卡的工作过程如下：
数据发送过程
1、通讯板卡进行初始化，根据配置芯片的设置完成基于光纤通道协议的速率与发送配置；
2、计算机终端通过PCI-E总线将与发送数据传递给PCI-E EP；
3、所述DMA控制器辅助处理上述发送数据，并即时处理该发送数据在在寄存器上的存储状态，将该发送数据通过Tx信号缓冲模块处理后通过接口控制和用户接口传递给FC模块的MAC进行信号处理，而后通过链路控制模块将该处理后数据传输至FC总线上，从而完成数据的传输。
数据接收过程
1、通讯板卡进行初始化，根据配置芯片的设置完成基于光纤通讯协议的速率与接收配置；
2、FC模块接收来自FC总线的串行数据，并经过的链路控制模块和MAC处理后将其传递给数据缓冲部分，该数据经过Rx信号缓冲模块处理后传递给DMA控制器，该      DMA控制器根据即时情况将该信号暂存至寄存器或者传递至PCI-E EP，PCI-E EP通过GTP将数据传递至PCI-E总线，完成数据接收的作用。
本发明中采用DMA控制器和PCI-E EP对整个数据的传输过程进行了辅助，解决了FC总线与PCI-E总线之间数据转换不及时的缺点的，保证数据完整的情况下，大大提高了传输速率。对于能够支持最高4.25Gbps的传输速率，最远距离达到15km的光纤协议通道，提升了其与计算机终端之间数据传输速度15%。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于PCI-E接口的FC-AE-ASM通信板卡，其特征在于，包括FPGA芯片、DDR2模块、电源管理模块、光收发模块、可编程时钟和配置芯片;
FPGA芯片的存储控制信号输入输出端连接DDR2模块的存储控制信号输出输入端；FPGA芯片的传输数据输入输出端与光收发模块的数据输出输入端连接，FPGA芯片与PCI-E总线接口连接；所述电源管理模块的输入与所述PCI-E总线接口连接；所述FPGA芯片的时钟输入还与可编程时钟连接；所述FPGA芯片与所述配置芯片连接；
所述电源管理模块的输入电压为3.3V，且该电源管理模块设有电压分别为1.0V、1.2V、1.8V和2.5V的至少四种电压输出。
2.根据权利要求1所述的基于PCI-E接口的FC-AE-ASM通信板卡，其特征在于，所述FPGA芯片的顶层模块包括FC模块部分、数据缓存部分和PCI-E部分；
所述PCI-E部分包括PCI-E EP、DMA控制器、寄存器和GTP；所述PCI-E EP通过所述GTP与所述PCI-E总线连接；所述DMA控制器与所述寄存器连接；
所述数据缓存部分包括FC通道接口控制模块，所述FC通道接口控制模块与用户接口连接，所述FC通道接口控制模块通过Tx缓冲模块读取来自所述DMA控制器的信息并将该信息传递给所述用户接口，所述FC通道接口控制模块通过Rx缓冲模块读取来自所述用户接口的信息并将该信息传递给所述DMA控制器；
所述FC模块部分包括MAC模块、用户接口、管理接口、信用管理模块和链路控制模块；所述用户接口、信用管理模块和所述链路控制模块均与所述MAC模块连接；所述管理接口与所述寄存器连接；所述链路控制模块通过GTP连入FC总线。
3.根据权利要求2所述的基于PCI-E接口的FC-AE-ASM通信板卡，其特征在于，每个所述DMA控制器通过两个数据缓存部分分别与两个FC模块部分相连；每个数据缓存部分仅以一个FC模块部分作为对象进行数据缓存。
4.根据权利要求3所述的基于PCI-E接口的FC-AE-ASM通信板卡，其特征在于，所述PCI-E总线为4位总线，该PCI-E总线通过两个GTP与所述PCI-E EP连接。
5.根据权利要求1所述的基于PCI-E接口的FC-AE-ASM通信板卡，其特征在于，所述DDR2模块的SDRAM芯片,单片大小为512M，数据总线宽度为16位，两片合成32位数据线后使用，该芯片为Micron公司的MT47H128M16HG-3。
6.根据权利要求1所述的基于PCI-E接口的FC-AE-ASM通信板卡，其特征在于，所述FPGA芯片还连接有复位电路；所述复位电路包括电阻R1、电阻R2、复位按键开关K、电容C1、二极管VD和与FPGA芯片的复位接口相连复位端子；
所述二极管VD的负极和所述电阻R1的一端均与供电电源正极相连；所述电阻R1的另一端、二极管VD的正极、电阻R2的一端和电容C1的正极均与所述复位端子相连；所述电阻R2的另一端与复位按键开关K的一端相连；所述复位按键开关K的另一端和电容C1的负极均接地。
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