基于pcie总线技术光纤通道航电数据采集系统设计

《基于pcie总线技术光纤通道航电数据采集系统设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、基于PCIe总线技术光纤通道航电数据采集系统设计　　摘要光纤通道航电总线传输速率高达1Gbps以上，服务类型灵活，实时性很强，支持多种上层协议。要实现对光纤通道航电总线数据的采集，对当今的CPU处理速度、数据存储、数据传输等技术带来前所未有的挑战。针对光纤传输数据高速性的特点，设计出基于高速外设互联组件（PeripheralComponentInterconnectExpress，PCIe）总线技术的光纤通道航电数据采集系统。关键词光纤通道；航电总线；PCIe；数据采集中图分类号：TP391.9文献标识码：A文章编号：1671-7597（2013）11-0000-00随着航电系统

2、集成化、综合化、高速化的发展趋势，航电总线对数据传输速率的要求越来越高，而传统的总线带宽已远远不能满足通信的需求。光纤通道（FiberChannel）是新一代航空电子高速串行总线，具有高实时性、高可靠性和高带宽等优点，且支持多种上层协议。因此，以光纤通道数据总线来替代传统总线将成为先进的综合航电系统互联的必然选择。1光纤通道在航空电子环境的应用1.1光纤通道技术简介10FC定义了点对点（Point-To-Point）、仲裁环（ArbitratedLoop）和交换机（Fabric）三种基本的拓扑结构。FC的传输速率高达2Gbps，以后可支持10Gbps以上；支持通道传输和网络传输两

3、种方式，且支持多种上层协议；它能够实现单工、半双工和全双工的通信模式，并可以实现不同速率的通信联接。光纤通道具有高可靠性、高实时性、高性价比并具有开放式网络等特征，能够满足当今时代对海量数据高速传输的需求，其在数据延迟、带宽、传输介质和距离、错误检测、可靠性、优先级等方面均适用于航空电子系统。1.2FC-AE概述为了在航空电子环境中应用光纤通道技术而定义了有关在航空电子环境中应用的协议子集FC-AE（FiberChannelAvionicsEnvironment），它规范了在航空电子环境中光纤通道交换网络与环路拓扑连接设备的选择。美国已经将光纤通道航电总线技术应用在其新一代战机中

4、。美国国家标准委员会（ANSI）成立一个分委员会（ANSTFC-AE），研究将光纤通道技术用于航空电子环境，并制定出专门的子集，即FC-AE（光纤通道航空电子环境）。2光纤通道航电总线采集系统设计方案目前光纤传输的速率达210Gbps甚至更高，所以对基于光纤通道的航电总线数据采集，必须设计一个实时的高速光纤通道总线数据采集系统，保证系统接收到的信号不丢失数据。设计选用标准PCIe总线作为系统的传输总线。系统分为硬件和软件两部分，硬件设计主要完成机上航电总线光纤数据到采集设备内存的传输，具体过程为采集系统光口接收机上航电总线的光信号，通过光电转换器输送到现场可编程阵列（FieldP

5、rogramableGateArray，FPGA）内部，在FPGA内实现PCIe协议，通过PCIe总线传输到航电数据采集器内存。软件部分主要完成对采集的数据进行完整性检测和余度去除。系统按照配置文件要求，选择用户关心的数据，附加测试系统IRIG-B时间标记，生成IENA格式的网络数据包，通过千兆以太网传送到机载通用数据记录器进行记录；同时通过百兆以太网传送到网络交换机，与通用参数采集器送来的网络数据包一起送往网络数据选择设备。网络数据选择设备对送来的数据包进行筛选，提取用户关心的参数送往遥测系统进行实时监控。图1系统设计方案3硬件设计本系统硬件设计的关键是确保实时高速的数据接收。

6、硬件的工作过程为通过光纤接收前端数据，经FPGA的硬核把串行数据恢复为并行数据，并且附加测试系统时间标记，恢复出的数据放入DDR2缓存，然后主机以直接存储器存取（DirectMemoryAccess，DMA）方式读入内存待用户应用软件处理。硬件设计的整体框图，如图2所示。10图2硬件设计框图由图所示硬件平台主要由FPGA、XMC模块及光电转换电路、PCIe端点模块及总线逻辑、DMA控制逻辑，FLASH和DDR2高速缓存模块，电源管理模块，时钟管理模块和复位电路等组成。3.1FPGA根据FC-ASM协议处理的要求，通过是否支持PCIe4Lanes接口、是否具PowerPC处理器硬核

7、、以及逻辑规模三个方面综合考虑器件选型。V5系列器件的FXT系列同时具备PCIe和PowerPC硬核，对于接口的设计难度降低，同时该系列器件逻辑规模更大，可以满足设计升级更改的需要，其采购成本从长期来成本低，综合考虑后采用V5的FXT系列。该系列器件具备PowerPC440的处理器硬核以及PCIe8Lanes的硬核，在不占用逻辑资源的情况下为用户提供高速处理的通信接口。其中PowerPC440处理器的性能主要指标如下。10两个PowerPC核心，单核心最高主频550MHz，处理能