基于嵌入式和FPGA的光纤通道接口控制芯片的设计

基于嵌入式和FPGA的光纤通道接口控制芯片的设计

1 协议分析

和OSI参考模型类似，光纤通道协议簇也是以分层的方式来组织各个协议的。其分层模型如图1所示。

FC-3层是一个通用服务层，为映射层协议提供一系列通用服务。比较重要的几个服务包括：交换注册、端口注册和注销服务。

FC-2层是光纤通道协议中最重要的一层，定义了将数据块进行端到端传输的规则和机制，包括不同类型的服务、帧格式定义、序列的分片和重装、交换管理、地址分配和多播管理等。

FC-1层定义了串行编码和解码规范，规定使用8B／10B编码。

FC-0层是光纤通道协议的物理层规范，定义了发射机、接收机、传输介质以及它们之间的接口规范。传输速率也在这里定义。

2 设计方案

通过对协议的分析得出，映射层协议和具体应用环境密切相关，应该由用户自己实现。接口控制芯片在逻辑上可以分成三部分，即通用服务模块、端到端IU传输和缓冲到缓冲帧传输；在实现方式上又可以分为软件部分和硬件部分。接口控制芯片系统框图如图2所示。

PowerPC架构中还包含了通用的OPB总线，用来进行外部设备的互联。OPB总线通过一个PLB-OPB桥连接到PLB总线，如图2右边所示。连接到OPB总线的外部设备只有一个，也就是光纤通道传输核。

当从输入链路上接收到数据时，传输核首先对数据进行处理，包括位同步、串并转换、8B／10B解码、字同步、有序集检测、CRC校验和帧提取。当有效帧接收到并存到接收缓冲区后，硬件模块设置相应的寄存器通知Power-PC，然后PowerPC对接收到的帧进行处理，包括分配相应的软件资源、帧重装。当属于一个序列的所有帧都正确接收完后，PowerPC通过用户接口模块通知用户模块，用户模块接收到数据后自行进行处理。

3 硬件设计

接口控制芯片的硬件部分也就是图2中的光纤通道传输核，负责将数据帧按标准规定的格式从发送缓冲区传输到链路另一端的接收缓冲区。为了正确有效地完成这个任务，接口控制芯片的硬件部分实现以下一些功能：缓冲到缓冲的流量控制、链路级别的差错检测和恢复、字同步、有序集检测、帧提取、8B／10B编解码和串并／并串转换等功能。接口控制芯片的硬件部分功能框图如图3所示。

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