CN202309716U

CN202309716U - 一种基于光纤的高速实时通讯卡

Info

Publication number: CN202309716U
Application number: CN2011204007961U
Authority: CN
Inventors: 韩建朝; 张广拓; 王琳; 文飞鸽
Original assignee: 707th Research Institute of CSIC
Current assignee: 707th Research Institute of CSIC
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2021-10-20

Abstract

本实用新型涉及一种基于光纤的高速实时通讯卡，其特点是：包括光电信号转换器、高速串并转换模块、FPGA模块、接收端FIFO缓冲器、发送端FIFO缓冲器、存储器和PCI桥接模块，光电信号转换器一端与光纤网相连接，该光电信号转换器另一端与高速串并转换模块的一端相连接，该高速串并转换模块与接收端FPGA模块及发送端FPGA模块相连接，接收端FPGA模块还同时与主FPGA模块、接收端FIFO缓冲器相连接，发送端FPGA模块还同时与主FPGA模块、发送端FIFO缓冲器相连接，该主FPGA模块还与存储器及PCI桥接模块相连接。本实用新型设计合理，极大地提高了导航信息处理***中数据传输的实时性、高效性和可靠性，具有信息传输速率高且稳定、传输延迟的确定性和可预测性、信息使用效率高等特点。

Description

一种基于光纤的高速实时通讯卡

技术领域

本实用新型属于光纤通讯领域，尤其是一种基于光纤的高速实时通讯卡。

背景技术

在舰船导航***中的信息繁多复杂。随着我国国防事业的发展，对导航信息实时性的要求也越来越高，这就要求导航信息处理***能够高速、实时地传输和处理种类繁多的信息。而当前导航***中所采用的信息传输技术如以太网、CAN总线等在信息传输方面存在以下缺点：(1)信息的传输速率不高；(2)受目前所用总线传输机制制约，信息传输延迟时间不确定；(3)复杂的通讯协议降低了总线通讯效率。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够提高导航信息传输速率及通讯效率且性能稳定的基于光纤的高速实时通讯卡。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于光纤的高速实时通讯卡，包括光电信号转换器、高速串并转换模块、主FPGA模块、接收端FPGA模块、发送端FPGA模块、接收端FIFO缓冲器、发送端FIFO缓冲器、存储器和PCI桥接模块，光电信号转换器一端与光纤网相连接，该光电信号转换器另一端与高速串并转换模块的一端相连接，该高速串并转换模块与接收端FPGA模块及发送端FPGA模块相连接，接收端FPGA模块还同时与主FPGA模块、接收端FIFO缓冲器相连接，发送端FPGA模块还同时与主FPGA模块、发送端FIFO缓冲器相连接，该主FPGA模块还与存储器及PCI桥接模块相连接。

而且，所述的存储器为128MB的SDRAM模块，所述的接收端FIFO缓冲器、发送端FIFO缓冲器均为4K的FIFO缓冲器。

而且，所述的主FPGA模块采用EP1K30 FPGA芯片，所述的接收端FPGA模块、发送端FPGA模块均采用EP1K10 FPGA芯片，所述的光电信号转换器采用2.125Gb/s的FTLF8519转换器进行光电信号的相互转换，所述的高速串并转换模块采用16位高速串并转换模块进行串行信号与并行信号的相互转换，所述的PCI桥接模块采用PCI9656桥接芯片。

本实用新型的优点和积极效果是：

本实用新型以光纤作为传输介质并通过光电信号转换器、高速串并转换模块及FPGA模块实现了多个导航设备间2.125Gb/s的高速通讯功能，极大地提高了导航信息处理***中数据传输的实时性、高效性和可靠性，经测试表明从一个节点的数据更改到其它节点接收更新，达到了680ns，实现了真正的高速实时。同时，采用本实用新型构建的实时信息通讯网络具有信息传输速率高且稳定、传输延迟的确定性和可预测性、信息使用效率高等特点。

附图说明

图1是本实用新型的电路框图；

图2是本实用新型应用***连接示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述：

一种基于光纤的高速实时通讯卡，如图1所示，包括光电信号转换器、高速串并转换模块、主FPGA模块、接收端FPGA模块、发送端FPGA模块、接收端FIFO缓冲器、发送端FIFO缓冲器、存储器和PCI桥接模块，光电信号转换器一端与光纤网相连接，该光电信号转换器另一端与高速串并转换模块的一端相连接，该高速串并转换模块与接收端FPGA模块及发送端FPGA模块相连接，接收端FPGA模块还同时与主FPGA模块、接收端FIFO缓冲器相连接，发送端FPGA模块还同时与主FPGA模块、发送端FIFO缓冲器相连接，该主FPGA模块还与存储器及PCI桥接模块相连接。

在本实施例中，主FPGA模块、接收端FPGA模块、发送端FPGA模块采用ALTERA公司的大容量、高性能EP1K系列FPGA可编程器件，其中，主FPGA模块采用EP1K30FPGA芯片实现高速实时通讯的基本原理和总体逻辑控制，接收端FPGA模块、发送端FPGA模块均采用EP1K10 FPGA芯片分别实现信息的输入和输出控制。由于采用光纤作为传输介质，因此，光纤网需要通过光电信号转换器进行电信号与光信号的高速转换，光电信号转换器采用了速率达2.125Gb/s的FTLF8519转换器来确保转换的高效性，并利用16位高速串并转换模块把数据转换为并行信号。由于光信号传输速率比内部总线传输速率要高，所以在接收端FPGA模块与主FPGA模块、发送端FPGA模块与主FPGA模块之间分别设有一个4K的FIFO缓冲器以提高传输效率。为了实现数据的存储功能，主FPGA模块通过存储器模块对进行存储，存储器采用了128MB的SDRAM芯片。由于本通讯卡采用CPCI总线构架，在CPCI总线接口方面，PCI桥接模块选用了PLX公司的PCI9656桥接芯片实现了与66MHz CPCI总线的无缝链接。

本高速实时通讯卡在使用时***到计算机中，并通过光纤网连接在一起进行多台远距离主机之间的高速实时信息通讯，所构成的通讯网络可以是环形网络或星型拓扑结构。如图2所示，将本高速实时通讯卡***到计算机中后，在多个本地主机中扩展出一块相同地址的内存空间，当本地主机对其所属的通讯卡上指定地址空间的数据进行更改时，远端通讯卡的相应地址空间的数据立即跟随变化。该高速实时通讯卡的核心是利用FPGA在数据处理上的优势，借助SDRAM的存储功能，实现了本地数据的更新，并通过光纤作为传输介质使其它节点上相应地址空间的数据实时得到更新。

本高速实时通讯卡的信息处理流程为：

1、数据接收过程

网络中其它节点的数据通过光纤传输到本节点，数据信号首先经过2.125Gb/s光电转换器由光信号转换为电信号，信号速率仍为2.125Gb/s，经过16位高速串并转换模块转换为并行信号，并行信号的传输速率为：2.125Gbps/16bit＝132.8125Mbps，然后数据进入接收端FPGA模块，由于外部信号传输速率(132.8125Mbps)比内部CPCI总线传输速率(66MHz)要高，所以信号需要经过4K的接收端FIFO缓冲器，变为慢速信号后进入主FPGA模块，主FPGA模块从PCI桥接模块获得信息需要存入的内存地址后把数据存入128MB的SDRAM。

2、数据发送过程

本地主机首先通过PCI桥接模块把需要更新的信息写入SDRAM特定的地址空间，主FPGA模块把信息数据从SDRAM相应地址取出，送给发送端FIFO缓冲器，发送端FIFO缓冲器把慢速信号(66MHz)转换为高速信号(132.8125Mbps)后传输给发送端FPGA模块，然后信号经过16位串/并转换器转换为串行数据，转换后的传输速率变为：132.8125*16bit＝2.125Gbps，并经光电转换器转变为2.125Gb/s的光信号传输到高速实时通讯卡网络中。其它节点的高速实时通讯卡通过相应的数据接收过程接收该信息，从而完成了信息的即时更新。

在本实用新型中，主FPGA模块、接收端FPGA模块、发送端FPGA模块分别实现不同的功能，下面分别说明上述模块的功能。

1、主FPGA模块是本实用新型的核心部件，实现了高速实时通讯卡的基本原理和数据传输过程的逻辑控制。主要功能包括：(1)通过桥接芯片响应CPCI总线接口的数据读写要求，将需要更新的数据写入或读取相应的SDRAM地址空间；(2)随时判断发送模块状态，及时将需要更新的数据传输给发送模块；(3)随时判断接收模块的状态，及时将接收到的数据存入相应的SDRAM地址空间；(4)SDRAM地址空间读/写冲突机制管理，当CPCI总线和接收模块同时要向同一SDRAM地址空间写数据时，冲突管理机制将优先选择接收模块一方先写；当检测到待发送或接收到的数据包中含有恶意信息或垃圾信息，则将检测到的数据包丢弃。

2、接收端FPGA模块主要负责信息的接收处理，并在主FPGA模块控制下对串/并转换器、接收端FIFO缓冲器进行逻辑控制。

3、发送端FPGA模块主要负责信息的发送，并在主FPGA控制下对并/串转换过程和发送端FIFO缓冲器进行逻辑控制。

为了验证本实用新型的效果，对本高速实时通讯卡进行了一系列测试，具体测试环境和测试结果如下：

(1)测试环境

使用两个节点的通讯卡进行测试，用2.125Gb波特率的高速光纤把两个节点相连，两个节点的计算机分别采用PCI总线和CPCI总线。PCI总线计算机CPU为Intel Core2，主频2.8GHz，内存为2GB；CPCI总线计算机为Intel PentiumM，主频1.6Ghz，DDR内存512M。

(2)测试结果

设一个节点作服务器，向另外一个节点循环发送大小相同的数据，节点1开始发送数据为起始时间，节点2读出数据为终止时间，记录起始时间和终止时间，可计算出信息的传输速率。测试结果见表1。

表1 测试结果

序号	读写次数	读写总时间(s)	传输速率(Mb/s)
				1	500	11.750	638.32
2	500	11.735	639.12
				3	500	11.735	639.12
4	500	11.750	638.32
				5	500	11.860	632.40
6	1000	23.906	627.44
				7	1000	23.547	637.04
8	1000	23.891	627.84
				9	1000	23.547	637.04
10	1000	24.078	622.96

通过上表，可以看出信息的传输速率比传统的如以太网、CAN总线传输速率明显提高。

需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。

Claims

1.一种基于光纤的高速实时通讯卡，其特征在于：包括光电信号转换器、高速串并转换模块、主FPGA模块、接收端FPGA模块、发送端FPGA模块、接收端FIFO缓冲器、发送端FIFO缓冲器、存储器和PCI桥接模块，光电信号转换器一端与光纤网相连接，该光电信号转换器另一端与高速串并转换模块的一端相连接，该高速串并转换模块与接收端FPGA模块及发送端FPGA模块相连接，接收端FPGA模块还同时与主FPGA模块、接收端FIFO缓冲器相连接，发送端FPGA模块还同时与主FPGA模块、发送端FIFO缓冲器相连接，该主FPGA模块还与存储器及PCI桥接模块相连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤的高速实时通讯卡，其特征在于：所述的存储器为128MB的SDRAM模块，所述的接收端FIFO缓冲器、发送端FIFO缓冲器均为4K的FIFO缓冲器。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于光纤的高速实时通讯卡，其特征在于：所述的主FPGA模块采用EP1K30 FPGA芯片，所述的接收端FPGA模块、发送端FPGA模块均采用EP1K10 FPGA芯片，所述的光电信号转换器采用2.125Gb/s的FTLF8519转换器进行光电信号的相互转换，所述的高速串并转换模块采用16位高速串并转换模块进行串行信号与并行信号的相互转换，所述的PCI桥接模块采用PCI9656桥接芯片。