- 基于嵌入式和FPGA的光纖通道接口控制芯片的設(shè)計(jì)

3．1 發(fā)送控制邏輯

發(fā)送控制邏輯的功能是控制幀、原語信號(hào)和原語序列的發(fā)送順序，使之符合光纖通道標(biāo)準(zhǔn)，主要包括保證連續(xù)幀之間具有足夠的間隔和在幀之間插入原語信號(hào)。

發(fā)送幀的CRC值也由發(fā)送控制邏輯計(jì)算，傳統(tǒng)的串行計(jì)算方法達(dá)不到要求的速率，這里采用并行CRC算法進(jìn)行計(jì)算，每個(gè)時(shí)鐘有效沿可以計(jì)算32位數(shù)據(jù)，大大提高了數(shù)據(jù)吞吐量。

緩沖到緩沖流量控制也在發(fā)送控制邏輯中實(shí)現(xiàn)。發(fā)送控制邏輯維持一個(gè)計(jì)數(shù)器，表示當(dāng)前已發(fā)送但還未被確認(rèn)的幀的數(shù)目，每當(dāng)發(fā)送1幀，計(jì)數(shù)器加1；當(dāng)接收到 R_RDY原語信號(hào)時(shí)，計(jì)數(shù)器減1。如果這個(gè)值小于配置寄存器中的BB_Credit值，則表示可以繼續(xù)發(fā)送幀；否則，表明目標(biāo)端口已經(jīng)沒有可用的接收緩沖區(qū)，發(fā)送控制邏輯此時(shí)就不往外發(fā)出幀。

3．2 接收控制邏輯

8B／10B解碼出來的數(shù)據(jù)是字節(jié)數(shù)據(jù)，而所有的有序集都是字，因此需要在輸入的字節(jié)流中正確區(qū)分出字邊界。接收控制邏輯內(nèi)部的字同步模塊和接收狀態(tài)機(jī)協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)這一功能。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的接收機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖4所示。

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3．3 8B／1 0B編解碼

傳統(tǒng)的編解碼方法由數(shù)字邏輯實(shí)現(xiàn)，主要是為了節(jié)省邏輯資源。由于FPGA內(nèi)含有豐富的RAM，使其作為編解碼的載體既可以降低復(fù)雜程度又可以提高編解碼的速度，待編碼的數(shù)據(jù)作為地址線輸人，編碼數(shù)據(jù)存在RAM內(nèi)從數(shù)據(jù)線輸出。

3．4 端口狀態(tài)機(jī)

作為鏈路級(jí)差錯(cuò)檢測與恢復(fù)的核心，端口狀態(tài)機(jī)對收發(fā)鏈路的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。每當(dāng)鏈路狀態(tài)出現(xiàn)異常，端口狀態(tài)機(jī)就根據(jù)異常的起因啟動(dòng)不同的鏈路恢復(fù)協(xié)議來對鏈路進(jìn)行恢復(fù)。如果恢復(fù)失敗，那么端口狀態(tài)機(jī)就通過狀態(tài)寄存器向上層報(bào)告。出于版面的考慮，簡化的端口狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖5所示。

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3．5 其他模塊

異步FIFO：由于接口控制芯片的接收部分使用從接收數(shù)據(jù)中恢復(fù)出來的時(shí)鐘，因此和芯片的主時(shí)鐘是異步的。當(dāng)將接收到的數(shù)據(jù)交給其他工作于主時(shí)鐘的模塊處理時(shí)需要進(jìn)行速率調(diào)整。異步FIFO用于實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。串并／并串轉(zhuǎn)換：高速的串并轉(zhuǎn)換對器件性能有較高要求。FPGA內(nèi)部集成了專用的硬核 (RocketIO)用來實(shí)現(xiàn)這一功能，因此對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐渲眉纯?。這樣節(jié)省了專用的串并轉(zhuǎn)換芯片。

配置寄存器存儲(chǔ)一系列的工作參數(shù)，如(R_T_TOV、E_D_TOV等)，復(fù)位后以默認(rèn)值初始化寄存器。完成注冊后，使用新值更新寄存器。

光纖通道傳輸核通過狀態(tài)寄存器來表示自己當(dāng)前所處的狀態(tài)(如在線、離線等)。

4 軟件設(shè)計(jì)

接口控制芯片的軟件部分負(fù)責(zé)進(jìn)行參數(shù)協(xié)商和處理與端到端數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)的事務(wù)，包括端口注冊和交換注冊、提供不同類型的服務(wù)、端到端流量控制、序列級(jí)差錯(cuò)檢測和恢復(fù)。

為了簡化軟件的設(shè)計(jì)，以嵌人式Linux操作系統(tǒng)作為接口控制芯片的軟件運(yùn)行環(huán)境。通過設(shè)計(jì)一系列的操作函數(shù)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)軟件系統(tǒng)。最重要的函數(shù)包括：端口注冊函數(shù)、IU發(fā)送函數(shù)和接收幀處理函數(shù)。

4．1 端口注冊函數(shù)PLogin_in()

注冊包含端口注冊和交換注冊。兩種注冊的流程類似，這里僅分析端口注冊。系統(tǒng)啟動(dòng)后，需要對芯片的工作參數(shù)進(jìn)行配置，注冊函數(shù)根據(jù)用戶的配置選擇注冊方式。如果用戶指定隱式注冊，那么注冊函數(shù)從配置文件中讀取默認(rèn)配置參數(shù)配置芯片；如果用戶指定顯式注冊，那么注冊函數(shù)發(fā)送注冊請求，等對方端口返回響應(yīng)后，注冊函數(shù)用響應(yīng)的數(shù)據(jù)配置參數(shù)。端口注冊函數(shù)的工作流程如圖6所示。

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4．2 IU發(fā)送函數(shù)Sen

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