刘建中

摘要：本文简要介绍了时间触发技术、光纤通道技术及SOPC技术的突出优点，在此基础之上，提出了一种基于时间触发的光纤通道通信方式，分析了面向时间触发的光纤通道SOPC芯片的结构，并采用仿真工具对芯片功能进行仿真，在仿真结果正确基础上，对该芯片进行FPGA原型验证。

关键词：时间触发；光纤通道；SOPC芯片设计

中图分类号：TP368.11 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）04-0183-01

网络控制系统中的时间触发机制指消息的交换以时间为基准，网络中各个节点发送消息的时间都预先分配好，系统负载独立于外部发生事件的数目，消息的传输延迟是相同的，可以提高消息传输的确定性，适合安全性、实时性高的关键系统[1]。

1 面向时间触发应用的光纤通道SOPC芯片设计

1.1 基于时间触发技术的通信工作原理

整个通信时间由数据簇周期组成，数据簇周期指当前网络中时间触发消息触发周期的公倍数，采用数据簇周期可以保证所有时间触发消息的周期规律不被破坏。每个数据簇周期由若干个基本周期构成，基本周期的时间跨度主要由时间触发消息数目、消息窗口周期、最大允许抖动、事件触发消息数目、最小触发周期等综合决定。事件触发消息指由外部事件的发生而引起的消息交换。消息窗口周期指通信网络中每个数据包发送所需的时间。

1.2 Direct Memory Access （DMA）

（1）应用发送控制。应用发送控制主要将应用数据按照光纤通道协议标准将应用数据打包形成FC帧，并将帧数据写入应用缓冲单元，并根据时间触发控制机制将缓冲单元内数据提交光纤通道协议控制单元。本地待发送应用数据被分配在固定的时间窗口中，在特定的时间窗口内完成特定的应用数据发送，时间窗口的控制由时间触发控制子单元完成。在没有指定发送应用数据的时间窗口时，可以插入事件触发应用数据，事件触发数据的发送由事件触发控制子单元控制。（2）应用缓冲单元。应用缓冲单元包括发送应用缓冲和接收应用缓冲，发送应用缓冲用于暂存待经由光纤通道发送的数据，接收应用缓存用于暂存接收自光纤通道的数据。应用缓冲单元包括片内的缓冲存储器及片外大容量存储器控制器。（3）应用接收控制。应用接收控制模块完成光纤通道协议缓冲数据的读出，将光纤通道协议标准的FC帧拆包，形成应用数据并向接收应用缓冲中写入，通知主机数据已接收进缓冲，并经由DMA控制器向主机返回数据。为了保证数据传输可靠性，光纤通道的收发采用了双冗余备份技术。两个通道都有效时，应用数据同时从两个通道传输，接收时根据冗余算法，从两组数据中选择一组提交至应用。只有一个通道有效时，应用数据从有效的通道发送。（4）处理器单元。处理器单元用于芯片用户开发用户定义的信号，这将有利于硬件资源的灵活配置。处理器单元与主机模块通过共享存储空间实现数据交互。（5）协议控制单元。协议控制单元完成发送数据从协议缓冲读出，并通过高速IO口发送至其它网络节点，或者接收其它网络节点发送的数据，写入协议缓冲单元之中。（6）协议缓冲单元。协议缓冲单元包括发送协议缓冲单元与接收协议缓冲单元，发送协议缓冲单元暂存已形成光纤通道协议帧的数据，接收协议缓冲单元用于暂存接收的光纤通道帧数据。（7）高速IO。高速IO模块主要完成数据的串并转换、8b/10b转换等操作。

2 面向时间触发应用的光纤通道SOPC芯片验证

完成功能仿真后，SOPC芯片需要在FPGA原型验证平台上进行验证。在此，选择的FPGA芯片为xilinx公司的Virtex-5系列V5-LX330T芯片，該芯片采用先进制造工艺，逻辑容量大，运行速度快，包含多路高速IO接口与PCIE硬核，时钟资源及片内存储单元丰富，是进行SOPC芯片原型验证的合适平台。在Xilinx 公司ISE平台下，该SOPC芯片综合资源占用信息及最大可综合频率如表1所示。

从表1可以看出，所需资源情况在允许资源范围内，且综合最大频率亦满足时序要求，该FPGA芯片完全可作为验证平台对光纤通道SOPC芯片进行验证。

3 结语

本文采用SOPC技术实现了面向时间触发应用的光纤通道通信功能，该SOPC芯片已通过功能仿真，结果正确。已选择的FPGA原型验证平台经过初步实验证明，完全符合该SOPC芯片的验证要求。

参考文献

[1]廖晓文，刘美.基于冗余CAN通道的时间触发技术实现[J].微计算机应用，2008（12）：93-97.

[2]黄浩益，黄栋杉，徐晓飞.光纤通道技术在航电系统中的应用[J].航空电子技术，2005（3）：9-14.