一種FC協(xié)議測試設(shè)備的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

徐玉杰 孟博 張楠

摘要：隨著FC網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展及大量部署，F(xiàn)C網(wǎng)絡(luò)協(xié)議測試設(shè)備的需求大幅增加。傳統(tǒng)的FC網(wǎng)絡(luò)協(xié)議測試設(shè)備造價(jià)昂貴，可擴(kuò)展性差。該文基于通用的FC網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，開發(fā)簡單的軟硬件適配組件，搭建一個(gè)FC協(xié)議測試設(shè)備，可滿足FC網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的測試需求，適合大規(guī)模產(chǎn)品測試及協(xié)議測試，具有良好的可擴(kuò)展性。

關(guān)鍵詞：FC協(xié)議測試;測試模式;發(fā)送測試;接收測試;性能測試;損傷測試

中圖分類號(hào)：TP336;V243? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）16-0043-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1 FC網(wǎng)絡(luò)簡介

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建技術(shù)的發(fā)展， 航空電子系統(tǒng)進(jìn)一步向統(tǒng)一化、靈活化和便于融合的方向發(fā)展，對(duì)總線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸要求也越來越高。光纖通道（Fiber Channel，簡稱FC）具有高帶寬、低延遲、長距離傳輸、拓?fù)潇`活、支持多種上層協(xié)議等優(yōu)點(diǎn)[1]，是一個(gè)為適應(yīng)高性能數(shù)據(jù)傳輸要求而設(shè)計(jì)的通信協(xié)議。

FC采用層次化的結(jié)構(gòu)，共分為5層。定義了3種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、交換式、仲裁環(huán)網(wǎng)絡(luò)，既能方便地實(shí)現(xiàn)高速高效傳輸，同時(shí)也提供了極大的靈活性，特別是交換式網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)洌瑸閺?fù)雜設(shè)備的互連提供了一種很好的解決方案。

2 FC協(xié)議測試設(shè)備現(xiàn)狀

隨著FC網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展及大量應(yīng)用部署，F(xiàn)C設(shè)備的測試需求大幅增加。在FC設(shè)備開發(fā)中，各種FC協(xié)議模擬、仿真，設(shè)備功能性能及互換性測試驗(yàn)證工作量巨大，且需要專業(yè)設(shè)備進(jìn)行輔助。

目前，大部分FC協(xié)議測試設(shè)備由JDSU等少數(shù)外國廠商壟斷，國產(chǎn)設(shè)備應(yīng)用非常少，因此開發(fā)出高性價(jià)比、適應(yīng)各種FC測試需求的設(shè)備非常必要。針對(duì)市場上對(duì)FC設(shè)備的測試需求，本文設(shè)計(jì)的FC協(xié)議測試設(shè)備基于PCIE接口的FC節(jié)點(diǎn)機(jī)產(chǎn)品，配以適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)接板，可靈活插入帶有PCIE接口的工控機(jī)中，并以此為硬件平臺(tái)。同時(shí)，開發(fā)一套上位機(jī)軟件，實(shí)現(xiàn)FC設(shè)備發(fā)送測試、接收測試、損傷測試等功能，滿足FC網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的功能性能及協(xié)議測試。此外，上位機(jī)軟件可提供測試接口，供用戶自行開發(fā)定制化、自動(dòng)化測試軟件，滿足大規(guī)模生產(chǎn)交付需求。

3 測試設(shè)備的硬件平臺(tái)

該設(shè)計(jì)中采用大規(guī)模FPGA進(jìn)行自主開發(fā)實(shí)現(xiàn)FC協(xié)議，能有效滿足FC測試的需求，且具有良好的升級(jí)擴(kuò)展能力。根據(jù)使用需求，本測試設(shè)備開發(fā)的目標(biāo)是研制一個(gè)FC雙端口、通信速率軟件可配置，支持線速4.25Gb/s及以下速率，可完成被測FC產(chǎn)品數(shù)據(jù)發(fā)送測試、接收測試、損傷測試等功能。為了降低開發(fā)成本，最大限度的利用現(xiàn)有的資源，本設(shè)計(jì)中硬件平臺(tái)采用目前已大量使用的標(biāo)準(zhǔn)PCIE-FC電接口通信子卡，再適配一個(gè)轉(zhuǎn)接板使其可工作在PCIE接口的工控機(jī)中，其中FC光電接口轉(zhuǎn)換在實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)接板上實(shí)現(xiàn)。硬件平臺(tái)如下：

4 測試設(shè)備的詳細(xì)設(shè)計(jì)

4.1 測試模式設(shè)置

該設(shè)計(jì)中FC協(xié)議測試設(shè)備具有四種測試模式，分別是點(diǎn)點(diǎn)測試、回環(huán)測試、直通測試、在線測試模式。連接示意圖如圖2所示。

該測試設(shè)備支持以下四種速率：1.0625Gb/s、2.125Gb/s、4.25Gb/s、8.5Gb/s。兩個(gè)端口的速率保持一致，任何一個(gè)端口選擇一個(gè)速率，另一端口隨之改變。

其次，可設(shè)置發(fā)送及接收緩沖區(qū)大小，范圍為0～4096MB-發(fā)送緩沖區(qū)。緩沖區(qū)空間大小一共為4096MB。即發(fā)送緩沖區(qū)與接收緩沖區(qū)合起來為4096MB。默認(rèn)方式下收發(fā)各占2048MB，用戶可調(diào)整兩者所占用的空間。

接收數(shù)據(jù)時(shí)可選擇：捕滿停止、捕滿覆蓋。“捕獲停止”即當(dāng)捕獲數(shù)據(jù)裝滿接收緩沖區(qū)時(shí)，捕獲自動(dòng)停止;“捕滿覆蓋”即當(dāng)捕捕獲數(shù)據(jù)裝滿接收緩沖區(qū)時(shí)，從頭開始覆蓋原來的數(shù)據(jù)。

4.2 發(fā)送測試

在FC網(wǎng)絡(luò)設(shè)備開發(fā)過程中，用戶往往需要對(duì)該網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測試，模擬現(xiàn)實(shí)的FC數(shù)據(jù)注入網(wǎng)絡(luò)中，用來檢測網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是否能夠正常工作。FC協(xié)議測試設(shè)備發(fā)送界面如圖3所示。

1）發(fā)送FC幀

發(fā)送數(shù)據(jù)按四個(gè)隊(duì)列分別進(jìn)行設(shè)置，四個(gè)隊(duì)列具有發(fā)送優(yōu)先級(jí)，發(fā)送隊(duì)列1 優(yōu)先級(jí)最高，其他隊(duì)列依次遞減，發(fā)送隊(duì)列4 優(yōu)先級(jí)最低。

每個(gè)發(fā)送隊(duì)列中數(shù)據(jù)的發(fā)送方式有兩種：循環(huán)、單次。選擇循環(huán)方式，將循環(huán)發(fā)送該隊(duì)列中的數(shù)據(jù)，優(yōu)先級(jí)低于此隊(duì)列中的數(shù)據(jù)將不會(huì)發(fā)送;選擇單次方式，則將該隊(duì)列的數(shù)據(jù)發(fā)送完后，開始發(fā)送下面一個(gè)隊(duì)列中的數(shù)據(jù)。

選擇發(fā)送隊(duì)列后，設(shè)置隊(duì)列中的幀及原語。在“發(fā)送幀列表”中添加幀及原語。

2）發(fā)送原語及延時(shí)

除了在發(fā)送幀列表中加入幀外，用戶還可以添加原語，設(shè)置其所帶的參數(shù)及個(gè)數(shù)，將在發(fā)送幀列表中顯示所加的原語名字。

在發(fā)送列表中還可以加入時(shí)延，在編輯框中輸入時(shí)延值，單位為微秒。時(shí)延項(xiàng)表示發(fā)送時(shí)，延時(shí)100μs 再發(fā)送下一個(gè)幀或原語。

4.3 接收測試

接收測試功能是指設(shè)備通過捕獲FC鏈路中的數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷鏈路是否存在故障。為了更好地完成對(duì)FC鏈路的測試，該功能根據(jù)測試需要提供了三種測試方法，分別是數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)過濾及搜索轉(zhuǎn)存。

1）數(shù)據(jù)顯示

該功能可捕獲數(shù)據(jù)鏈路上的全部數(shù)據(jù)，停止捕獲后以列表形式顯示捕獲的幀及原語。在捕獲數(shù)據(jù)顯示列表中，選擇某一項(xiàng)，列表下的兩個(gè)區(qū)域分別顯示幀的解碼與原始數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)幀的解碼為樹形控件顯示FC幀頭的詳細(xì)解碼信息，如果FC-AE-ASM 高層協(xié)議幀，則在凈荷中顯示其解碼信息，同時(shí)顯示其對(duì)應(yīng)的原始數(shù)據(jù)。

2）數(shù)據(jù)過濾

FC鏈路速率較高，因此捕獲鏈路上的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，工作量大，受存儲(chǔ)空間限制，捕獲的時(shí)間往往很短，因此該設(shè)備在接收測試中增加數(shù)據(jù)過濾功能。

在接收數(shù)據(jù)前，設(shè)置過濾條件對(duì)接收的數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行過濾，或者觸發(fā)條件，當(dāng)接收到特定的數(shù)據(jù)后開始將數(shù)據(jù)放入捕獲數(shù)據(jù)空間中。

過濾觸發(fā)條件可設(shè)置為原語、幀定界符、幀內(nèi)容及錯(cuò)誤等四種的組合。

3）搜索轉(zhuǎn)存

該子功能可實(shí)現(xiàn)對(duì)接收數(shù)據(jù)的按照幀類型、幀數(shù)據(jù)、原語、SOF、錯(cuò)誤幀、觸發(fā)幀等條件進(jìn)行搜索轉(zhuǎn)存，過濾與測試無關(guān)的數(shù)據(jù)。

當(dāng)選擇幀數(shù)據(jù)搜索條件時(shí)，設(shè)置數(shù)據(jù)在幀中的偏移位置、數(shù)據(jù)內(nèi)容及相應(yīng)的掩碼，當(dāng)掩碼為1 表示相應(yīng)的數(shù)據(jù)有效，否則為不關(guān)心。如果設(shè)置了多個(gè)搜索條件，條件之間的關(guān)系為邏輯或，即其中一個(gè)條件滿足即可。按照設(shè)置的搜索條件完成搜索后，用戶可對(duì)全部或部分捕獲數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)存。

4.4 損傷測試

損傷測試是指對(duì)接收到的FC幀數(shù)據(jù)或原語按照指定的規(guī)則進(jìn)行修改后再發(fā)送出去，該功能用于模擬FC網(wǎng)絡(luò)通訊過程中的損傷。該功能可設(shè)置幀修改、幀地址替換及原語替換三種損傷模式。

當(dāng)選擇損傷測試為“幀修改”時(shí)，需要設(shè)置觸發(fā)修改的條件，該設(shè)備會(huì)過濾FC幀，滿足觸發(fā)條件時(shí)自動(dòng)進(jìn)行幀數(shù)據(jù)修改。幀修改功能可支持設(shè)置4個(gè)觸發(fā)條件，當(dāng)接收到內(nèi)容符合的幀時(shí)，其對(duì)應(yīng)的位置的幀數(shù)據(jù)就被修改為指定的數(shù)據(jù)。

幀地址替換指當(dāng)接收到源地址或目的地址為某個(gè)值的幀數(shù)據(jù)時(shí)觸發(fā)替換，將接收幀的源地址或目的地址替換為指定的值，然后再發(fā)送出去。觸發(fā)替換的地址有效位為對(duì)應(yīng)掩碼值為1的地址位。觸發(fā)替換的有效原語位為對(duì)應(yīng)掩碼值為1的數(shù)據(jù)位。當(dāng)點(diǎn)擊“開始”按鈕時(shí)，開始進(jìn)行損傷測試。

原語替換指當(dāng)接收到某個(gè)原語時(shí)觸發(fā)替換，將接收原語替換為指定的原語，然后再發(fā)送出去。

5 結(jié)束語

經(jīng)過使用驗(yàn)證，本文介紹基于FC節(jié)點(diǎn)機(jī)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)的FC協(xié)議測試設(shè)備實(shí)現(xiàn)了的FC協(xié)議測試功能，能夠完成的協(xié)議符合性測試、受測設(shè)備發(fā)送接收測試、損傷測試等基本測試，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。該設(shè)計(jì)充分利用現(xiàn)有的硬件資源，極大地降低了測試設(shè)備開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)及成本，所開發(fā)的設(shè)備可廣泛應(yīng)用于各類FC網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的設(shè)計(jì)開發(fā)及測試驗(yàn)證，具有較廣闊的應(yīng)用前景。

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