光纤通道适配器的fpga设计与实现

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1、光纤通道适配器的FPGA设计与实现华中科技大学硕士学位论文光纤通道适配器的FPGA设计与实现姓名:李艳国申请学位级别:硕士专业:计算机系统结构指导教师:刘景宁20070606华中科技大学硕士学位论文摘要*详细分析了光纤通道FibreChannel,FC帧和信令协议,研究了光纤通道适配器的体系结构和工作原理,提出了在现场可编程逻辑门阵列FieldProgrammableGateArray,FPGA器件上采用可编程片上系统SystemOnProgrammableChip,SOPC方法实现光纤通道适配器的设计方案。在单块FPGA芯片上集成了NIOSI

2、I处理器、DDRSDRAM控制器、CFICommonFlashInterfaceFLASH控制器、定时器、JTAGUART和具有Avalon交换式总线接口的FC接口逻辑,构成一个完整的片上系统SystemOnChip,SOC。FC接口逻辑的设计采用VHDL硬件描述语言完成,实现了FC-0层、FC-1层的全部功能和FC-2层的底层功能。FC接口逻辑的数据通路宽度为16比特,支持1.0625Gbps和2.125Gbps的光纤通道应用,可用于点对点拓扑和交换机拓扑。采用SFP光收发器和StratixGX收发器实现了FC-0层定义的收发器。FC-1层实

3、现了8b/10b编码解码器、传输字边界对齐、传输字合法性检测、原语识别、接收器状态机和FC端口状态机。仅当接收器状态机处于同步状态时,FC-1层接收到的数据才向上层提交;仅当FC端口状态机处于激活状态时,才能进行帧的收发。FC-2层完成帧的收发和缓冲区到缓冲区流量控制,帧接收引擎能处理帧接收过程中的出现的各种终止状况,帧发送引擎将上层交付的数据组装成标准的FC-2帧格式发送出去。FC接口逻辑通过一个Avalon从端口和一个Avalon主端口与Avalon交换式总线连接。NIOSII处理器通过Avalon从端口读写片内的寄存器空间。FC接口逻辑通

4、过Avalon从端口向NIOSII处理器发出中断,并通过Avalon主端口读写DDRSDRAM。在设计过程中,对硬件描述语言编码、逻辑综合和布局布线作了一些优化,达到提高系统性能的目的。构建了一个板级测试平台,完成了光纤通道适配器的功能验证和性能评估。关键词:光纤通道,适配器,现场可编程逻辑门阵列,可编程片上系统*本文受“973”项目2004CB318201资助I华中科技大学硕士学位论文Abstract*Basedonanalysisoffibrechannelframingandsignalingprotocol,thearchitectur

5、eandworkprinciplearereseached.Afterthat,itgivesablueprintoftheimplementationoffibrechanneladapterwithSOPCSystemOnProgrammableChipmethodinFPGAFieldProgrammableGateArraydevices.NIOSIIprocessor,DDRSDRAMcontroller,CFICommonFlashInterfaceFLASHcontroller,intervaltimer,JTAGUARTandF

6、ibreChannelinterfacelogicwithAvalonbusinterfaceareallintegratedintoasingleFPGAchip,soafullfeatureSOCSystemOnChipisbuiltThedesignofFibreChannelinterfacelogicusesVHDLhardwaredescriptionlanguage,andimplementsFC-0,FC-1andFC-2lowlayerfunctionality.ThedatapathwidthofFibreChannelin

7、terfacelogicis16-bit.1.0625Gbpsor2.125GbpsFibreChannelapplications,point-to-pointtopologyandFabrictopologyaresupported.FCinterfacelogicusesaSFPopticaltransceiverandaStratixGXtransceivertoimplementthetransceiverdefinedinFC-0layer.FCinterfacelogicimplements8b/10bencoder/decode

8、r,transmissionwordaligner,transmissionwordvaliditydetector,primitiverecogni