1、 引言随着经济的高速发展和科技的快速进步，近几年，光纤通信技术应运而生并快速成长。根据摩尔定律，CPU 的处理速度每 18 个月翻一番。而光纤通信的传输带宽每 9 个月就增加一倍，而成本降低一半。同时全球因特网流量每 6 个月就翻一番。作为当代通信领域的支柱技术，光纤通信正以每 10 年速率增长 100 倍的速度发展。其总的发展趋势是速率越来越块，可靠性越来越高，提供的业务种类越来越多。随着存储技术的迅速发展，存储容量得到了迅速的增长，存储系统的数据传输速度成为了主要的瓶颈。光纤的传输具有其速度上的优势，然而，在光纤传输要受到光纤通道接口的限制，因此光纤通道应用于高速数据传输的一个关键技术问题
2、是接口的设计问题，本文对有效地解决高数据传输在接口处的瓶颈具有现实意义。1 方案设计完整的实现要包含 PC 机软件编程、Virtex-5 开发板的底层链路实现。PC 机的软件编写主要实现链路的创建注销控制、数据的组帧、数据的传输控制、传输过程中的显示；VirteX-5 开发板主要实现数据的链路贯通、支持上位机所定义的帧结构的传输过程。如图 1 所示，接口适配器功能实现过程主要包含协议的正确理解，按照协议的帧结构和数据结构的组织、具体的实现模块的设计与编写、结合 VirteX-5 底层链路的贯通实现光纤通信接口适配器功能。2 设计的具体实现21 协议的分析与与裁剪针对不同的应用环境应当对 FC
3、协议进行适当的裁剪，尽可能地有效利用协议标准。FC 协议是一个具有五层组成的协议体系。包括：FC-0 层、FC-1 层、FC-2 层、FC-3 层、FC-4 层。各层的功能分别为：(1)：FC-O：主要规定了物理接口，包含传输介质，收发器及接口等。(2)FC-1：8 B10 B 编码；串化解串；比特与字同步。(3)FC-2 规定了光纤通道的传输机制：有序集的检测与识别；FC 端口状态机；帧的发送与接收，帧接收时要进行有效性检查；流量控制；帧管理；交换与序列管理；数据帧与响应；多播与广播；分段与重组；差错检测与回复。(4)FC-3：基本链路服务；扩展链路服务；查询组。(5)FC-4：映射上层协议
4、，本文主要是映射 MILSTd-1553B 协议。22 软件编程中各模块的代码的设计软件实现的设计部分：GUI 模块设计、设备抽象层的设计、任务处理模块的设计、FC 的协议及物理功能模块的设计。(1)GUI 部分主要是显示作用，可以对接口适配器的相关参数进行设置和界面显示。GUI 模块设计内容有：整体界面、链路参数区、链路建立区、信息显示区。(2)设备抽象层的设计。该部分在于屏蔽下层不同物理设备间的差异；提供较为简便的方式，使上层模块同逻辑进行通信。本层需要提供对上层支持的设备操作接口及在内部通过封装 WinDriver 驱动提供的功能接口，实现对上层的功能支持。(3)任务处理模块的设计。主要
5、实现对链路和数据各自的不同的任务操作情况。链路数据区与文件数据区分别需要保存各自的任务数据及状态，另外，它是 GUI 模块变更 LIST 的依据，从而还需要保存下层协议所具备的状态及数据。(4)FC 协议及物理功能模块的设计。该部分主要描述任务发送协议与链路建立协议。链路建立的注册过程：数据传输前，需要通过注册建立发送端与接收端的链路。首先，发送端把待注册的地址 ID 等信息嵌入帧信息中，发送帧信息给接收端；然后，接收端收到帧信息后，解读出相关的信息，若符合帧的完整性等检查，则两端建立链路。若不满足相关检查则终止该次注册过程。链路的注销过程：当需要注销链路时，首先，发送端把待注销的地址 ID
6、等信息嵌入帧信息中，发送帧信息给接收端；然后，接收端收到帧信息后，解读出相关的信息，若符合帧的完整性等检查，则两端注销链路，若不满足相关检查则终止该次注销过程。数据传输过程：数据传输是链路建立的根本目的，简化的数据传输过程如图 2 所示。23 Virtex-5 开发板的底层保证(1)系统构造逻辑设计主要完成以下几点功能：控制 PCIE 硬核实现与上层软件交互；对上层传输数据加 CRC 校验；完成 FC 链路初始化过程；完成 FC 流控功能；完成 FC-2 差错处理；控制 ROCKET IO 把上层软件数据通过 ROCKET IO 发送；控制 ROCKET、IO 把接收恢复的数据传输到上层软件。
7、(2)逻辑设计的模块组成：底层逻辑控制模块主要完成 FC 物理层通信，它主要包括发送模块、接收模块和 PCIE 控制模块三部分，每个模块又根据功能不同划分多个子模块，在 PCIE 控制模块中，有一些缓存来存放接收模块传送过的数据和相应的数据信息，发送模块也会从 PCIE 控制模块的缓存中读取数据传送出去，其原理框图如图 3 所示。数据发送模块 该模块通过读取上位机的状态信息来发送不同的信息，当 ACK 使能时，该模块发ACK，当数据使能时，该模块就发送固定帧数的数据，发送的数据是从缓存中读取，CRC 由该模块添加。空闲时就发送 IDLE 码。数据接收模块 接收模块包括接收控制模块、CRC 模块
8、和临时缓存模块。主要完成数据和链路控制帧以及准备信号的接收，并实现 CRC 校验，根据帧头来判断不同类型的数据帧或控制帧，并存入缓存中，同时将帧的相关信息也放入相应的缓存中。PCIE 接口控制模块 该模块主要根据 PCIE 总线上的地址对应的寄存器的值，译码成相应的使能把PCIE 总线上数据写入相应的数据发送 buf-f，ACK 发送 buff 反之根据逻辑输入的使能，译码成对应的 PCIE 总线上对应地址的对应寄存器的值，并把数据接收的 buffACK 接收 buff 数据写入相应的 PCIE地址上。24 最终实现通过上位机与 FPGA 开发板的结合，实现了光纤通道接口适配器的高速性。传输效果图如图 4 所示。3 结语通过上位机与 FPGA 开发板的结合，模拟并实现了光纤通道在高速数据传输过程中接口处的设计。尽管该设计是上位机配合 FPGA 的形式实现，但仅就设计思路而言，对于实际开发光纤通道接口适配器具有一定的借鉴意义。
