支持多種FC－4層協(xié)議的光纖通道接口卡實(shí)現(xiàn)?

屠曉杰??，熊華鋼，徐鼎，周一偉

（北京航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院，北京100191）

支持多種FC－4層協(xié)議的光纖通道接口卡實(shí)現(xiàn)?

屠曉杰??，熊華鋼，徐鼎，周一偉

（北京航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院，北京100191）

為滿足航電網(wǎng)絡(luò)中多種上層協(xié)議的應(yīng)用需求，給出了一種支持包含IPFC（IP over Fibre Channel）、FC-AV（Fibre Channel-Audio Video）、ASM（Anonymous Subscriber Messaging）的多種FC－4層協(xié)議的光纖通道（Fibre Channel，F(xiàn)C）接口卡的設(shè)計(jì)方案，并詳細(xì)闡述了FC固件及PPC（Power PC）軟件的實(shí)現(xiàn)方案。通過對(duì)接口卡的功能和性能測(cè)試，證明接口卡的通信符合協(xié)議要求，有較高的實(shí)時(shí)性和可靠性，為FC在航電領(lǐng)域的應(yīng)用提供了參考。

航空電子網(wǎng)絡(luò)；光纖通道；接口卡；性能測(cè)試

1 引言

光纖通道（Fibre Channel，F(xiàn)C）憑借其高速率、低延遲、低錯(cuò)位率、開放標(biāo)準(zhǔn)等特點(diǎn)，能夠很好地滿足航空電子系統(tǒng)互連的要求，并已成為新型航空電子網(wǎng)絡(luò)的主要候選協(xié)議［1］。經(jīng)過多年的研究和發(fā)展，F(xiàn)C目前已經(jīng)形成一個(gè)龐大的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簇。針對(duì)不同的應(yīng)用需求，協(xié)議簇給出了不同的上層協(xié)議映射，即FC－4層協(xié)議，如應(yīng)用于通用網(wǎng)絡(luò)的IPFC（IP over Fiber Channel）協(xié)議和針對(duì)軍事應(yīng)用的FC-AE（Avionics Environment）協(xié)議等。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需求隨之增加，存儲(chǔ)域網(wǎng)絡(luò)（Storage Area Network，SAN）利用FC協(xié)議實(shí)現(xiàn)了高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。然而，由于存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的上層協(xié)議主要采用TCP/IP協(xié)議，因而搭建存儲(chǔ)域網(wǎng)絡(luò)的FC接口卡和交換機(jī)只實(shí)現(xiàn)了IPFC協(xié)議。國(guó)內(nèi)學(xué)者也對(duì)FC進(jìn)行了相關(guān)研究，并提出了具體實(shí)現(xiàn)的方案：文獻(xiàn)［2］提出了光纖通道控制器IP核（Intellectual Property Core）的實(shí)現(xiàn)，給出了其仿真驗(yàn)證；文獻(xiàn)［3］在此基礎(chǔ)上對(duì)光纖通道適配器進(jìn)行了研究，給出了完整的實(shí)現(xiàn)方案。然而文獻(xiàn)［3］FC－4層僅簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)了FCP協(xié)議（Fibre Channel Protocol），其應(yīng)用受到一定的限制，無法適用于實(shí)時(shí)性、可靠性更高的應(yīng)用環(huán)境。

事實(shí)上，針對(duì)實(shí)時(shí)性、可靠性要求更高的應(yīng)用領(lǐng)域，諸如航空、軍事、工業(yè)實(shí)時(shí)控制等，F(xiàn)C提出了相應(yīng)的FC－4層協(xié)議，如FC-LP（Fibre Channel Lightweight Protocol）、ASM、FC-AV等［4］，文獻(xiàn)［5－6］對(duì)這些協(xié)議進(jìn)行了較為深入的研究。但是，這些研究工作主要集中在理論層面，并未考慮具體的硬件實(shí)現(xiàn)。

近年來，嵌入式技術(shù)發(fā)展迅速，F(xiàn)C協(xié)議的開發(fā)與應(yīng)用也逐步深化，Altera與Xilinx等公司相繼推出了支持光纖通道的IP核。由于IP核較好實(shí)現(xiàn)了FC－2層以下的多數(shù)功能，因而開發(fā)者可以將注意力集中于FC－4層協(xié)議的開發(fā)。文獻(xiàn)［7］討論了ASM協(xié)議的軟件實(shí)現(xiàn)，其應(yīng)用主要針對(duì)航空環(huán)境。用于音視頻傳輸?shù)腇C-AV協(xié)議，目前已經(jīng)成功應(yīng)用于F－18與C－130AMP等飛機(jī)上。

由于新一代航電系統(tǒng)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)非常復(fù)雜，使用光纖通道協(xié)議進(jìn)行傳輸時(shí)，需用到的FC－4層協(xié)議很多。而使用多款FC板卡來傳輸不同類型數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡(luò)布局時(shí)有較大難度，可能會(huì)出現(xiàn)兼容性問題，且開發(fā)成本較高。本文給出一種光纖通道接口卡的FPGA實(shí)現(xiàn)，以支持多種FC－4層協(xié)議，包括用于進(jìn)行非關(guān)鍵數(shù)據(jù)傳輸?shù)腎PFC協(xié)議、進(jìn)行關(guān)鍵數(shù)據(jù)傳輸?shù)腁SM協(xié)議以及支持音視頻流傳輸?shù)腇C-AV協(xié)議，最后給出了利用光纖通道分析儀所進(jìn)行的功能測(cè)試結(jié)果，以及利用VxWorks上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行的包含端到端延遲與幀錯(cuò)誤率在內(nèi)的性能測(cè)試結(jié)果。

2 FC接口卡的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文獻(xiàn)［1］給出了光纖通道協(xié)議層次劃分的標(biāo)準(zhǔn)，為分層實(shí)現(xiàn)FC協(xié)議提供了一個(gè)參考。文獻(xiàn)［4］在此基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述了光纖通道傳輸協(xié)議的層次結(jié)構(gòu)，并給出了其具體層次的劃分：FC協(xié)議定義了包含F(xiàn)C－0、FC－1、FC－2、FC－3和FC－4層的五層結(jié)構(gòu)。其中FC－0層給出了光纖通道的傳輸介質(zhì)和信息收發(fā)的具體規(guī)則；FC－1層規(guī)定了8B/10B編解碼方案及有序集；FC－2層規(guī)定了數(shù)據(jù)塊傳輸?shù)臋C(jī)制和規(guī)則；FC－3層規(guī)定了一套服務(wù)機(jī)制；FC－4層定義了上層協(xié)議（Upper Layer Protocol，ULP）映射。

為實(shí)現(xiàn)光纖通道接口卡，必須依次實(shí)現(xiàn)各層功能。由于協(xié)議中定義的FC－3層功能在應(yīng)用中并無太大作用，因而在實(shí)現(xiàn)中可以略去FC－3層功能的實(shí)現(xiàn)。目前，商用的FC收發(fā)器已經(jīng)能夠很好地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸及光電轉(zhuǎn)換，且成本相對(duì)較低；經(jīng)過多個(gè)版本的改進(jìn)，目前Xilinx的光纖通道IP核已經(jīng)具有較為完整的功能：速率支持1/2/4 Gb/s，實(shí)現(xiàn)FC－0層、FC－1層以及FC層部分功能，其中所實(shí)現(xiàn)的FC－2層功能包括FC端口狀態(tài)機(jī)、簡(jiǎn)單的緩存到緩存信用管理、R－RDY響應(yīng)。因此，利用商用的FC收發(fā)器及IP核能夠相對(duì)容易地實(shí)現(xiàn)FC協(xié)議所定義的FC－0層、FC－1層以及FC－2層的部分功能。而FPGA強(qiáng)大的編程功能及其靈活的軟核為編程實(shí)現(xiàn)FC－2層其余功能以及FC－4層提供了方法。

為實(shí)現(xiàn)支持多種FC－4層協(xié)議的FC接口卡，本文采用FPGA實(shí)現(xiàn)，利用Xilinx的V5芯片進(jìn)行開發(fā)，并使用PPC軟核CPU及VxWorks嵌入式操作系統(tǒng)。圖1給出了接口卡的系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖。FPGA主要包含PCI（Peripheral Component Interconnect）協(xié)議處理單元、光纖協(xié)議處理單元、PPC、DDR（Double Data Rate）控制器、QDR（Quad Data Rate）控制器等主要模塊。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 System structure figure

PCI協(xié)議處理單元提供FC卡與上位機(jī)連接的接口，主要處理上位機(jī)送到接口卡以及接口卡送到上位機(jī)的兩個(gè)方向的數(shù)據(jù)。PPC單元和光纖協(xié)議處理單元共同實(shí)現(xiàn)FC協(xié)議各層內(nèi)容。其中光纖協(xié)議處理單元由IP核與FC固件共同實(shí)現(xiàn)，完成FC－0、FC－1、FC－2層協(xié)議，PPC單元利用光纖協(xié)議處理單元提供的相應(yīng)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)FC－4層協(xié)議，具體包括IPFC協(xié)議、FC－AV協(xié)議與ASM協(xié)議。DDR控制器與QDR控制器用于對(duì)DDR及QDR外設(shè)進(jìn)行操作。QDR主要用于存儲(chǔ)傳輸?shù)膽?yīng)用數(shù)據(jù)，包括應(yīng)用音視頻數(shù)據(jù)及應(yīng)用命令數(shù)據(jù)。DDR主要用于存儲(chǔ)PPC軟件程序。

FC接口卡采用模塊化的設(shè)計(jì)，為編程實(shí)現(xiàn)FC各層協(xié)議功能提供了便利；實(shí)現(xiàn)FC協(xié)議的核心模塊包括光纖協(xié)議處理單元模塊和PPC模塊，兩者共同實(shí)現(xiàn)了對(duì)包括IPFC、FC－AV、ASM在內(nèi)的FC上層協(xié)議的支持；在設(shè)計(jì)中同時(shí)加入RAM（Random Access Memory）和QDR，能夠同時(shí)保證關(guān)鍵數(shù)據(jù)的可靠性和大數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。

3 FC接口卡的實(shí)現(xiàn)

3.1 FC固件實(shí)現(xiàn)

由系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分的分析可知，F(xiàn)C－2及以下層功能主要由FC固件完成。除此之外，F(xiàn)C固件還需要完成各種硬件接口及內(nèi)部邏輯的功能轉(zhuǎn)換。本節(jié)闡述FC固件的連接登陸管理、序列及幀的管理及發(fā)送工作、判斷信息類別進(jìn)行分類收發(fā)等功能的實(shí)現(xiàn)。

FC固件需要發(fā)送的數(shù)據(jù)包含F(xiàn)C連接登陸管理命令以及應(yīng)用數(shù)據(jù)。其中連接登陸管理命令主要包含F(xiàn)LOGI、PLOGI、LS－ACC等協(xié)議中所定義的ELS命令；而應(yīng)用數(shù)據(jù)命令主要指為響應(yīng)用戶指令所發(fā)送的數(shù)據(jù)，由于要求FC接口卡能夠支持IPFC、FCAV、ASM三種映射協(xié)議，因而FC固件需要對(duì)不同的映射協(xié)議進(jìn)行識(shí)別。與此同時(shí)，由于一些大數(shù)據(jù)塊，如音視頻數(shù)據(jù)等，無法通過RAM來進(jìn)行高效傳輸，因此需要借助于QDR；而一些實(shí)時(shí)性、可靠性要求較高的命令數(shù)據(jù)，則更適合于通過RAM來進(jìn)行傳輸。因此，在識(shí)別FC－4層所使用的協(xié)議之余，F(xiàn)C固件還需要對(duì)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型進(jìn)行判斷，根據(jù)命令/數(shù)據(jù)進(jìn)行不同的操作。

圖2 FC固件發(fā)送模塊狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖Fig.2 State transition diagram of FC firmware transmittermodule

圖2給出了FC固件發(fā)送模塊的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。FC固件檢測(cè)到讀RAM標(biāo)志有效時(shí)，從PPC－FC－RAM中讀取待發(fā)送數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、目的地址、源地址、交換號(hào)、參數(shù)等構(gòu)建FC幀時(shí)所需要的信息。上層使用協(xié)議信息包含在標(biāo)志位中。獲取FC幀頭所有信息后，F(xiàn)C固件向外發(fā)送SOF表明開始發(fā)送FC幀，并在之后每個(gè)周期向外逐字發(fā)送FC幀頭。上層協(xié)議類型包含在第三個(gè)字的TYPE域中。完成數(shù)據(jù)發(fā)送以后，F(xiàn)C固件需要對(duì)數(shù)據(jù)類型進(jìn)行判斷，若為命令數(shù)據(jù)，則轉(zhuǎn)移至RD－PAYLOAD狀態(tài)，從RAM中讀取并發(fā)送相應(yīng)數(shù)據(jù)，最后附加CRC校驗(yàn)碼，并發(fā)送EOF表明FC幀發(fā)送完畢。若為大數(shù)據(jù)塊，則轉(zhuǎn)移至OPT－HEAD狀態(tài)，根據(jù)相應(yīng)FC－4層協(xié)議添加幀頭，從QDR中讀取并發(fā)送相應(yīng)數(shù)據(jù)。由于FC幀有2112B的最大幀長(zhǎng)度限制，因而當(dāng)數(shù)據(jù)塊大小超過該限制時(shí)，大數(shù)據(jù)塊需要分為多個(gè)FC幀進(jìn)行發(fā)送，因而由OUT－EOF轉(zhuǎn)移至OUT－SOF，繼續(xù)發(fā)送下一個(gè)FC幀，直到當(dāng)前序列發(fā)送完畢。

圖3給出了FC固件接收模塊的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。在接收數(shù)據(jù)時(shí)，F(xiàn)C固件依次讀取FC幀頭中的相應(yīng)信息，并獲取FC數(shù)據(jù)域中的內(nèi)容，將相應(yīng)信息存入FC－PPC－RAM，交由PPC軟件進(jìn)行進(jìn)一步的處理。當(dāng)一個(gè)序列包含多個(gè)FC幀時(shí)，F(xiàn)C固件獲得每個(gè)FC幀中的數(shù)據(jù)，并將其存入QDR，完成序列接收后，通知PPC軟件接收。

圖3 FC固件接收模塊狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖Fig.3 State transition diagram of FC firmware receivermodule

FC固件的實(shí)現(xiàn)基于文獻(xiàn)［2］和［3］的相關(guān)研究成果，為支持多種上層協(xié)議，增加了不同協(xié)議的識(shí)別和處理：發(fā)送模塊通過PCI所傳輸?shù)腞AM命令識(shí)別上位機(jī)請(qǐng)求的協(xié)議類型，并據(jù)此為應(yīng)用數(shù)據(jù)封包為相應(yīng)的FC幀；接收模塊能夠識(shí)別使用不同上層協(xié)議的FC幀頭，并從中提取FC幀數(shù)據(jù)域內(nèi)數(shù)據(jù)。為保證命令數(shù)據(jù)的可靠性，增加了確認(rèn)及出錯(cuò)重傳機(jī)制；而對(duì)于大數(shù)據(jù)為保證其實(shí)時(shí)性，則連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)而并不進(jìn)行確認(rèn)。為滿足FC協(xié)議2 112字節(jié)的最大幀長(zhǎng)要求，對(duì)QDR所傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行分幀。

3.2 PPC軟件實(shí)現(xiàn)

PPC軟件利用FC固件所提供的連接登錄及數(shù)據(jù)收發(fā)服務(wù)以實(shí)現(xiàn)IPFC、FC－AV以及ASM 3個(gè)FC－4層協(xié)議。圖4給出了PPC軟件的整體架構(gòu)。

圖4 PPC軟件整體架構(gòu)Fig.4 PPC software overall architecture

PPC軟件主要包括兩個(gè)循環(huán)，分別是對(duì)RAM的循環(huán)查詢以及對(duì)隊(duì)列的循環(huán)查詢。當(dāng)查詢發(fā)現(xiàn)PCI－PPC－RAM中有數(shù)據(jù)時(shí)，則判斷pci－ppc－reqque是否為滿，若為滿則跳過不進(jìn)行操作，若非滿則將待處理請(qǐng)求放入該隊(duì)列，并清除PCI－PPC－RAM中數(shù)據(jù)；若PPC－PCI－RAM中有數(shù)據(jù)，則通知上位機(jī)接收該數(shù)據(jù)。FC－PPC－RAM與PPC－FC－RAM存在數(shù)據(jù)時(shí)也進(jìn)行類似處理。當(dāng)查詢發(fā)現(xiàn)pci－ppcreq－que隊(duì)列非空時(shí)，需判斷ppc－pci－res－que以及ppc－fc－res－que隊(duì)列是否都未滿，若至多一個(gè)隊(duì)列為滿則跳過不進(jìn)行操作，若兩者均非滿，則利用pci－ppc－req－h(huán)andler（）函數(shù)對(duì)該請(qǐng)求進(jìn)行處理，并將結(jié)果存入相應(yīng)的結(jié)果隊(duì)列；當(dāng)發(fā)現(xiàn)ppc－pci－resque隊(duì)列非空時(shí)，則判斷PPC－PCI－RAM是否為空，若為空則將結(jié)果隊(duì)列中數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存，否則跳過不作處理。對(duì)于fc－ppc－req－que以及ppc－fc－res－que亦有類似操作。

根據(jù)上面給出的架構(gòu)可以看出，實(shí)現(xiàn)FC－4層協(xié)議主要取決于pci－ppc－req－h(huán)andler（）以及fc－

ppc－req－h(huán)andler（）的處理，它們分別實(shí)現(xiàn)了FC－4層各協(xié)議的發(fā)送與接收功能。圖5分別給出了IPFC、FC－AV以及ASM協(xié)議的通信過程。IPFC協(xié)議用于映射上層IP協(xié)議，一般用于交換網(wǎng)中，故在通信過程中，板卡首先需要與交換機(jī)建立連接，然后才能進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)［8］。由于FC－AV協(xié)議過于復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中一般都對(duì)其進(jìn)行裁剪，本文在實(shí)現(xiàn)FC－AV協(xié)議時(shí)參考了文獻(xiàn)［9］中定義的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)音視頻傳輸標(biāo)準(zhǔn)。ASM對(duì)可靠性有較高要求，因而每一個(gè)FC幀都需要進(jìn)行確認(rèn)。

圖5 FC－4層協(xié)議的通信過程Fig.5 Communication process of FC－4 layer protocol

PPC軟件實(shí)現(xiàn)了文獻(xiàn)［5－6］的關(guān)于FC上層協(xié)議的理論分析。加入了對(duì)上層協(xié)議的識(shí)別機(jī)制：通過PCI－PPC－RAM確定用戶請(qǐng)求傳輸數(shù)據(jù)所使用的協(xié)議，并通過FC－PPC－RAM獲得所接收FC幀的上層協(xié)議類型。根據(jù)所使用的不同上層協(xié)議，其通信過程也不同：IPFC協(xié)議借助地址解析協(xié)議（Address Resolution Protocol，ARP）獲得目的節(jié)點(diǎn)的物理地址，建立連接并連續(xù)發(fā)送IP數(shù)據(jù)；FC－AV協(xié)議在建立連接后連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)；ASM協(xié)議建立連接以后發(fā)送數(shù)據(jù)，且每發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)幀以后，需接收到回復(fù)幀才會(huì)發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)幀。循環(huán)隊(duì)列占用資源的配置既需要考慮資源開銷，也需要考慮命令處理效率。PPC軟件中的命令處理由中斷觸發(fā)和周期查詢共同推動(dòng)，在保證處理效率的基礎(chǔ)上減小了開銷。

4 功能驗(yàn)證與測(cè)試

4.1 功能驗(yàn)證與測(cè)試

為驗(yàn)證FPGA邏輯的正確性，需要對(duì)FC接口卡的功能進(jìn)行測(cè)試。接口卡的功能測(cè)試需要對(duì)FC接口卡在不同上層協(xié)議下的通信進(jìn)行測(cè)試，判斷其通信過程是否與設(shè)計(jì)相一致，傳輸?shù)腇C幀格式是否與協(xié)議的要求相一致。因此，需要在FC鏈路中接入光纖通道分析儀，通過抓取FC鏈路中的數(shù)據(jù)幀來進(jìn)行功能測(cè)試，結(jié)果如圖6所示。

圖6 FC接口卡功能測(cè)試結(jié)果Fig.6 Functional testing results of FC interface card

測(cè)試表明，在不同上層協(xié)議下，F(xiàn)C接口卡均能按照設(shè)計(jì)的通信過程進(jìn)行通信；其傳輸?shù)腇C幀格式能夠滿足文獻(xiàn)［8－10］的相應(yīng)要求。

4.2 性能驗(yàn)證與測(cè)試

為測(cè)試FC接口卡的性能指標(biāo)，需要對(duì)其端到端延遲及幀錯(cuò)誤率進(jìn)行量測(cè)。測(cè)試方法參考了文獻(xiàn)［10］的ping-pang測(cè)試法。圖7給出了在各協(xié)議下端到端延遲的測(cè)試結(jié)果。

圖7 FC接口卡端到端延遲測(cè)試結(jié)果Fig.7 Performance testing results of FC interface card

在測(cè)試IPFC協(xié)議時(shí)，接入了商用FC交換機(jī)，型號(hào)為博科silkworm3250。根據(jù)IP（Internet Protocol）協(xié)議，測(cè)試中的最大數(shù)據(jù)量使用65 536字節(jié)，測(cè)試結(jié)果如圖7（a）所示。圖中加入了文獻(xiàn)［10］中圖4（b）給出的商用FC卡點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接時(shí)的端到端延遲測(cè)試結(jié)果。由圖中可以看出，F(xiàn)C接口卡的延遲略大于商用板卡，主要原因在于：FC接口卡帶有上層協(xié)議判斷及區(qū)別處理機(jī)制會(huì)消耗板卡的一部分處理時(shí)間；同時(shí)數(shù)據(jù)經(jīng)過交換機(jī)，端到端延遲增加了存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間。盡管其延遲較商用FC卡為高，但仍可以滿足IP數(shù)據(jù)收發(fā)要求。

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分已指出FC－AV協(xié)議的實(shí)現(xiàn)采用了目前應(yīng)用更為廣泛的ADVB協(xié)議，因而測(cè)試過程中采用點(diǎn)到點(diǎn)連接。音視頻流傳輸過程中在源端首先被分割為音視頻幀，因而測(cè)試數(shù)據(jù)以固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)塊模擬音視頻幀。由圖7（b）可知，當(dāng)數(shù)據(jù)塊為16 MB時(shí)，其延遲達(dá)到160ms。根據(jù)文獻(xiàn)［12］可知，在1 Gb/s的帶寬下，所得延遲能夠支持傳統(tǒng)VGA（Video Graphics Array）視頻的傳輸。

在測(cè)試ASM協(xié)議過程中，同樣使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式進(jìn)行測(cè)試，但由于ASM每個(gè)FC幀均有確認(rèn)，因而相同大小的數(shù)據(jù)量傳輸，其延遲較FC－AV協(xié)議所得數(shù)據(jù)更大。當(dāng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大小小于8 000字節(jié)時(shí)，所得結(jié)果能夠滿足文獻(xiàn)［5］中的最大延遲要求，因而該FC接口卡能夠用于實(shí)際FC網(wǎng)絡(luò)中ASM關(guān)鍵命令的傳輸。

另一方面，在PPC軟件中記錄循環(huán)冗余校驗(yàn)（Cyclical Redundancy Check，CRC）發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的次數(shù)以統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)傳輸過程中的幀錯(cuò)誤率。在測(cè)試過程中，未發(fā)現(xiàn)CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤情況，因而在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下可以認(rèn)為其幀錯(cuò)誤率為零。

從功能測(cè)試及性能測(cè)試結(jié)果來看，所開發(fā)的FC接口卡較好地實(shí)現(xiàn)了各類上層協(xié)議功能，且端到端延遲及錯(cuò)誤率能夠滿足不同應(yīng)用下的要求。

5 結(jié)束語

本文根據(jù)文獻(xiàn)中所闡述的FC的FPGA開發(fā)的相關(guān)內(nèi)容，并結(jié)合FC上層協(xié)議的相關(guān)理論分析，給出了支持多種FC－4層協(xié)議的光纖通道接口卡的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，并對(duì)接口卡進(jìn)行了功能和性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，該接口卡能夠較好地支持IPFC、FC－AV、ASM三種FC－4層協(xié)議，且通信過程能夠滿足協(xié)議的要求；性能方面，傳輸延遲基本能夠滿足實(shí)際使用的需求，且可靠性較好，為光纖通道在航電領(lǐng)域的應(yīng)用提供了一定的參考。

本文所開發(fā)的FC接口卡，其端到端延遲與商用IPFC板卡相比仍然偏高，因此下一步需要優(yōu)化實(shí)現(xiàn)邏輯，并降低接口卡的能耗，減少發(fā)熱量，以更好地應(yīng)用于實(shí)際航電應(yīng)用環(huán)境中。

［1］ANSI INCITS 424－2006，F(xiàn)ibre Channel Framing and Signaling－2（FC－FS－2）2006.

［2］劉景寧，舒芳，童薇，等.SoPC光纖通道控制器IP核的仿真驗(yàn)證［J］.華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，36（10）：91－94. LIU Jing-ning，SHUFang，TONGWei，etal.Simulation and Verification of SoPC-based Fibre Channel Controller IP Core［J］. Journal of Huazhong University of Science and Technology（Nature Science），2008，36（10）：91－94.（in Chinese）

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［9］ARINC Specification 818，Avionics Digital Video Bus（ADVB）［S］.

［10］T11/08－013v1，ASM/AM1［S］.

［11］徐亞軍，張曉林，郭蔡健，等.FC網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試與研究［J］.計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2007，43（15）：111－115. XU Ya-jun，ZHANG Xiao-lin，GUO Cai-jian，et al.Test and Study of FC Network Performance［J］.Computer Engineering and Application，2007，43（15）：111－115.（in Chinese）

［12］Bisson K.ARINC－818 Testing for Avionics Applications［EB/OL］.［2012－09－10］.http：//www.aim-online.com.

屠曉杰（1986—），男，江蘇蘇州人，2008年于北京航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)為博士研究生，主要研究方向?yàn)楹娇针娮酉到y(tǒng)設(shè)計(jì)；

TU Xiao-jie was born in Suzhou，Jiangsu Province，in 1986.He received the B.S.degree from Beijing University of Aeronautics and Astronantics in 2008.He is currentlyworking toward the Ph.D.degree. His research concerns avionics system design.

Email：roy2002001＠m(xù)sn.com

熊華鋼（1961—），男，湖北武漢人，1983年于南京航空航天大學(xué)電子工程學(xué)院獲學(xué)士學(xué)位，分別在1990年和1998年于北京航空航天大學(xué)電子與信息工程系獲碩士與博士學(xué)位，現(xiàn)為教授、博士生導(dǎo)師，主要研究領(lǐng)域?yàn)楹娇针娮酉到y(tǒng)、航空電子互連協(xié)議、數(shù)字通信；

XIONG Hua-gang was born in Wuhan，Hubei Province，in 1961.He received the B.S.degree from Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，the M.S.degree and the Ph.D.degree from Beihang University in 1983，1990 and 1998，respectively. He is now a professor and also the Ph.D.supervisor.His research interests include avionics system，aviation network protocol，and data communications.

Email：hgxiong＠ee.buaa.edu.cn

徐鼎（1988—），男，湖南株洲人，2010年于華東理工大學(xué)獲信息科學(xué)與工程學(xué)院學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)為碩士研究生，主要研究方向?yàn)楹娇针娮酉到y(tǒng)設(shè)計(jì)；

XU Ding was born in Zhuzhou，Hunan Province，in 1988.He received the B.S.degree from East China University of Science and Technology in 2010.He is now a graduate student.His research concerns avionics system design.

Email：xuding.bj＠gmail.com

周一偉（1990—），男，河北唐山人，2011年于北京航空航天大學(xué)獲電子信息工程學(xué)院學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)為碩士研究生，主要研究方向?yàn)楣饫w通信、航空電子網(wǎng)絡(luò)等。

ZHOU Yi-wei was born in Tangshan，Hebei Province，in 1990. He received the B.S.degree from Beijing University of Aeronauticsand Astronautics in 2011.He is now a graduate student.His research concerns optical fibre communication，avionics network，and so on.

Email：zhouyiwei＠ee.buaa.edu.cn

Im p lementation of Fibre Channel Interface Card Supporting M ultiple FC－4 Layer Protocols

TU Xiao-jie，XIONGHua-gang，XU Ding，ZHOU Yi-wei
（School of Electronics and Information Engineering，Beijing University of Aeronautics and Astronautics，Beijing 100191，China）

Tomeet the requirements of utilizing several upper layer protocols in avionic networks，the design of a Fibre Channel（FC）interface card is proposed which supports several FC－4 layer protocols，including IPFC（IP over Fibre Channel），F(xiàn)C-AV（Fibre Channel-Audio Video），and ASM（Anonymous Subscriber Messaging）.Implementations of FC firmware and PPC（Power PC）software are detailed.Through function and performance tests，it is proved that the interface card complieswith the requirements of the protocols，and ithas high real-time and reliability.It provides a reference for the FC applications in the field of avionics.

avionics network；fibre channel；interface card；performance test

TN915；TP393.1

A

1001－893X（2013）02－0188－07

10.3969/j.issn.1001－893x.2013.02.015

2012－09－17；

2012－11－16 Received date：2012－09－17；Revised date：2012－11－16

航空科學(xué)基金資助項(xiàng)目（20111951015）

Foundation Item：The Aeronautical Science Foundation of China（No.20111951015）

??通訊作者：roy2002001＠m(xù)sn.com Corresponding author：roy2002001＠m(xù)sn.com