基于PowerPC的光纖通道接口卡設計

摘要：介紹了模塊化光纖通道協(xié)議功能。采用新一代嵌入式處理器PowerPC440，搭建光纖通道接口卡的SOPC系統，實(shí)現了光纖通道協(xié)議的基本功能，為基于PowerPC的嵌入式系統設計應用提供了參考。
關(guān)鍵詞：PowerPC440；光纖通道接口卡；可編程片上系統

引言
現階段，主流的高性能光纖通道通用產(chǎn)品基本上被Qloglc、Morethan、DDC等少數幾家國外大公司壟斷，其昂貴的價(jià)格，加上一些發(fā)達國家對相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)的封鎖，使得國內的光纖通道技術(shù)發(fā)展受到了一定程度的影響。因此，對自主知識產(chǎn)權的專(zhuān)用光纖通道芯片的研究就顯得尤為重要。
目前，大多嵌入式系統開(kāi)發(fā)都采用ARM處理器或軟核處理器，而對于處理能力更強大的PowerPC處理器卻沒(méi)有更深入的研究和廣泛的應用，對于 Xilinx公司的嵌入式處理器PowerPC440的應用性研究也非常少見(jiàn)。本文基于PowerPC440硬核，對嵌入式技術(shù)在光纖通道網(wǎng)絡(luò )中的應用進(jìn)行了一些探索。

1 設計方案
光纖通道協(xié)議(以下簡(jiǎn)稱(chēng)FC協(xié)議)支持多種拓撲結構，但由于交換機價(jià)格昂貴，在實(shí)際應用中還未普及。相對而言，簡(jiǎn)單的點(diǎn)對點(diǎn)拓撲和性?xún)r(jià)比較高的仲裁環(huán)拓撲在現階段更為適用。本文即針對這兩種拓撲結構，在深入分析FC協(xié)議的基礎上采用模塊化的思想對功能作了劃分，
如圖1所示。其中由虛線(xiàn)框標識的序列／交換管理模塊由軟件實(shí)現。


接收數據：
①接收通道從光接收機接收其輸出的串行信號，經(jīng)過(guò)串并轉換、8位／10位解碼、8：32解復用后，將沒(méi)有錯誤的字傳給接收控制模塊。
②接收控制模塊對接收通道接收的信息進(jìn)行分流，將原語(yǔ)序列交給相應的狀態(tài)機，將數據放入接收緩存后通知序列／交換管理模塊。
③交換管理邏輯將根據幀頭內容和交換管理塊的內容進(jìn)行進(jìn)一步的高層次的差錯檢驗和交換／序列管理，并且等序列接收完成后通知上層取數據。
發(fā)送數據：
①當上層需要發(fā)送數據時(shí)，首先給光纖通道接口控制模塊發(fā)送命令。接口控制模塊根據命令的內容取出數據，并結合命令參數將數據打包成幀后通知發(fā)送控制模塊。
②發(fā)送控制模塊根據一定的規則控制不同的數據源分時(shí)使用發(fā)送通道，數據源包括發(fā)送緩沖區的幀、狀態(tài)機發(fā)出的原語(yǔ)序列和原語(yǔ)信號。
③發(fā)送通道將從
接收控制模塊接收到的字進(jìn)行分解，再對并行的字節信息經(jīng)過(guò)8位／10位編碼、并串轉換發(fā)送給光發(fā)射機。
其中環(huán)／端口控制模塊實(shí)現環(huán)初始化狀態(tài)機、環(huán)／端口狀態(tài)機、原有端口狀態(tài)機功能。根據原語(yǔ)信號和原語(yǔ)序列的不同，系統或進(jìn)入原有端口狀態(tài)機進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)傳輸過(guò)程，或進(jìn)入環(huán)端口狀態(tài)機進(jìn)行仲裁環(huán)傳輸過(guò)程。
從總體上看，硬件應該負責幀級別的管理，軟件應該負責序列和交換級別的管理。軟硬件接口采用共享存儲器與寄存器的設計思想。系統硬件部分與軟件部分通過(guò)讀寫(xiě)共享的幀緩存及接口寄存器實(shí)現信息交互。

2 基于PowerPC的SOPC系統搭建
本設計采用Xilinx公司的Virtex-5 FXT系列開(kāi)發(fā)板為開(kāi)發(fā)平臺。此開(kāi)發(fā)板集成了兩個(gè)嵌入式PowerPC440RISC核，同時(shí)具有靈活的存儲器管理單元(MMU)，3個(gè)相互獨立的128位PLB總線(xiàn)接口，獨立的32 KB數據存儲器和32 KB的指令存儲器，4個(gè)直接存儲器存儲(DMA)控制單元，以及設備控制寄存器(DCR)等。其中PowerPCA40處理器具有高達500 MHz的速度，采用IP嵌入架構的形式整合到FPGA器件中，增強型BOOK-E體系結構，內部包括一個(gè)具有7級流水線(xiàn)的微內核，每周期最多可執行兩條命令，從而提高了整體的吞吐量。PLB總線(xiàn)采用36位地址路徑，可提供64 GB的內存尋址能力。