FPGA的光纖通道接口控制芯片設(shè)計(jì)

摘 要 為了滿足存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)和下一代航空電子系統(tǒng)對(duì)光纖通道網(wǎng)絡(luò)的需求，提出了一種新的光纖通道網(wǎng)絡(luò)接口控制芯片的設(shè)計(jì)方案。用 Verilog實(shí)現(xiàn)了接口控制芯片的RTL設(shè)計(jì)并完成了功能仿真和驗(yàn)證，通過(guò)嵌入式PowerPC完成了接口控制芯片的控制軟件設(shè)計(jì)。以Xilinx公司的Virtex-II Pro系列FPGA為平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了接口控制芯片原型。
關(guān)鍵詞 光纖通道 FPGA 接口控制芯片 嵌入式 PowerPC

引 言
作為通道技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，光纖通道(fibre channel)是一種具有高實(shí)時(shí)性、高可靠性、高帶寬，高性價(jià)比的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)。任何需要接入到光纖通道網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備都需要相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口卡(NAC)，而網(wǎng)絡(luò)接口卡的核心是接口控制芯片。目前市場(chǎng)上商用的光纖通道接口控制芯片寥寥可數(shù)且價(jià)格昂貴，并且核心技術(shù)都掌握在國(guó)外公司；而軍用的光纖通道接口控制芯片更由于眾所周知的原因在市場(chǎng)上根本就買不到。因此，根據(jù)光纖通道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的光纖通道網(wǎng)絡(luò)接口控制芯片，對(duì)于我國(guó)的經(jīng)濟(jì)和軍事發(fā)展具有極其重要的意義。
由于光纖通道標(biāo)準(zhǔn)是一簇十分龐大而復(fù)雜的協(xié)議，不同的特性適用于不同的應(yīng)用環(huán)境；又因?yàn)楣饫w通道標(biāo)準(zhǔn)目前仍處于發(fā)展階段，標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容還在做不停的變化，因此選用FPGA作為當(dāng)前接口控制芯片的載體是一個(gè)非常合適的選擇。一方面對(duì)于不同的應(yīng)用環(huán)境，可以對(duì)相應(yīng)的功能模塊進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟脺p，既能滿足應(yīng)用需要又能降低成本；另一方面對(duì)于協(xié)議的變化，基于FPGA的實(shí)現(xiàn)也很容易就能對(duì)老版本設(shè)計(jì)進(jìn)行更新。

1 協(xié)議分析
和OSI參考模型類似，光纖通道協(xié)議簇也是以分層的方式來(lái)組織各個(gè)協(xié)議的。其分層模型如圖1所示。

作為數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，光纖通道支持許多上層協(xié)議，包括VIA、SCSI、IPv4、IPv6、SBCCS、ASM等。在為這些協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)之前，需要先將待發(fā)送的數(shù)據(jù)映射成規(guī)定的格式，F(xiàn)C-4層實(shí)現(xiàn)這一映射，對(duì)于每一個(gè)支持的上層協(xié)議，都有一個(gè)映射協(xié)議與之相對(duì)應(yīng)。
FC-3層是一個(gè)通用服務(wù)層，為映射層協(xié)議提供一系列通用服務(wù)。比較重要的幾個(gè)服務(wù)包括：交換注冊(cè)、端口注冊(cè)和注銷服務(wù)。
FC-2層是光纖通道協(xié)議中最重要的一層，定義了將數(shù)據(jù)塊進(jìn)行端到端傳輸?shù)囊?guī)則和機(jī)制，包括不同類型的服務(wù)、幀格式定義、序列的分片和重裝、交換管理、地址分配和多播管理等。
FC-1層定義了串行編碼和解碼規(guī)范，規(guī)定使用8B／10B編碼。
FC-0層是光纖通道協(xié)議的物理層規(guī)范，定義了發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、傳輸介質(zhì)以及它們之間的接口規(guī)范。傳輸速率也在這里定義。

2 設(shè)計(jì)方案
通過(guò)對(duì)協(xié)議的分析得出，映射層協(xié)議和具體應(yīng)用環(huán)境密切相關(guān)，應(yīng)該由用戶自己實(shí)現(xiàn)。接口控制芯片在邏輯上可以分成三部分，即通用服務(wù)模塊、端到端IU傳輸和緩沖到緩沖幀傳輸；在實(shí)現(xiàn)方式上又可以分為軟件部分和硬件部分。接口控制芯片系統(tǒng)框圖如圖2所示。