基于FPGA的RapidIO-FC转接桥设计

概要:针对现代高性能嵌入式系统异构网络之间高速实时通信的应用需求,提出一种基于FPGA的RapidIO-FC转接桥硬件设计方案。该方案以Xilinx的Virtex5开发板为平台,基于RapidIO IP核和Fibre Channel IP核,设计转接控制逻辑以及转接桥硬件接口,对其功能进行验证。给出硬件结构图以及关键部分设计思想,并采用逻辑仿真和物理测试证明该设计的正确性与有效性。

FC光纤通道技术研究综述

光纤通道是一个为适应高性能数据传输要求而设计的通信协议,满足系统结构的标准化,适应高速、大量、可靠、有效信息通信和处理的要求,它在新一代航空电子系统中已被广泛采用。基于航空电子系统对航空电子网络的需求,介绍了FC协议的起源与发展、FC协议分层模型、FC传输帧格式,以及FC网络传输支持的错误处理方式和余度管理等,深入分析了基于FC协议构建的网络拓扑结构及其特点,进一步说明了FC网络未来的发展趋势,为基于光纤通道技术的网络构建和网络通信提供了理论依据。

FC-AE-1553网络的建模仿真研究

研究了FC-AE-1553(Fibre Channel-Avionics Environment-1553,光纤通道-航空电子环境-1553)网络的计算机仿真问题。从FC-AE-1553网络的基本原理出发,提出了网络结构模型和数据传输控制方法;在OPNETModeler中创建了FC-AE-1553网络节点模型和FC交换机模型;采用数据传输控制方法控制整个FC-AE-1553网络的数据传输,对航空电子典型拓扑网络进行仿真。通过仿真实验与结果分析证明了FC-AE-1553网络具有良好的实时性能,采用提出的数据传输控制方法比MIL-STD-1553B的数据控制方法有更高的网络吞吐能力和更强的适应性。

基于时间触发FC终端接口的设计

FC总线协议凭借其高速率、高可靠性以及低延迟,成为下一代航电网络的理想协议。但基于事件触发的消息传输形式,使得网络在时间确定性方面依然存在不足。为提高消息传输的确定性,设计实现了一种基于时间触发的FC终端接口,同时对其关键模块FC IP核、PCIE接口、存储芯片控制器以及发送缓存管理模块进行了详细的设计。最后在借助开发工具ISE和Modelsim,对设计的接口进行了测试。结果表明,该接口误码率小于10^(-12),眼图抖动控制在87.5 ps,满足设计要求。

基于FC-AE-1553B通信协议的网络仿真

对于FC-AE-155B通信协议与光纤通道(FC)技术的应用进行了研究。针对航空电子设备的通信要求进行了独立的建模,验证了FC-AE-1553B协议在航电系统中的传输能力。实验搭建了对立的FC仲裁网络并按照FC-AE-1553B协议制定了包模型,建立了节点模型、链路模型。按照协议要求制作了进程模型设计了有限状态机。在OPNET仿真环境下对航电设备的FC网络进行了构建,测评了基于FC网络的FC-AE-1553通信协议的应用能力。

FC-AE-1553网络传输性能评价

为了提高航天航空网络传输性能,提出一种通用的FC-AE-1553网络传输效率计算方法并研制高性能FC-AE-1553节点卡.首先,对FC-AE-1553网络的消息传输过程进行详细分析,分析信息类型,给出传输帧的格式建议,通过分析FC-AE-1553协议中各类消息传输的时间参数,结合FC标准中对通信时间的要求,提出FC-AE-1553网络交换中各种消息类型的通信时间计算公式.然后,针对无差错传输和有差错传输两种情况,给出了网络传输效率的计算方法.最后,通过仿真分析数据帧净荷长度、节点处理时间、交换中序列数量、传输误码率、丢包率等参数对FC-AE-1553网络传输效率的影响,给出了网络优化设计的建议.依托某航天工程任务,研制了基于XC5VFX100T和MPC8536E的FC-AE-1553节点卡.实验结果表明:丢包对传输效率的影响可忽略;数据帧净荷为2048 B,数据帧数量为16时,传输效率可达到77.2%.

基于FC-AE-ASM协议的终端接口卡设计与实现

在对FC-AE-ASM协议分析的基础上,提出基于FPGA实现FC-AE-ASM协议的终端接口卡设计方案,同时对光纤通道协议芯片、光纤接口模块以及PCIE总线模块等关键模块进行了设计,并分析了PCIE总线驱动程序。测试结果表明:该接口卡电气参数良好,可以正确完成数据帧的发送和接收,符合FC-AE-ASM协议标准要求。

面向航电系统的千兆光纤传输交换网FC-AS通信协议的研究

文章采用了一种信令寻经式交换网TR-Net,实现“端-端”的Class1类服务,硬件结构简单;设计了FC-AS通信协议,其帧格式精简,信令帧长为3个字,数据帧长度比ANSIFC标准短24～152Bytes。FC-AS有效地对短消息数据包通信进行优化,传输效率高。信令中嵌入了优先级控制,交换机可进行实时调度。

不同拓扑结构FC-AE-1553B网络性能研究

研究点对点、交换式与仲裁环3种不同拓扑结构的网络,建立FC-AE-1553B网络的Markov模型,并分析单点故障对不同拓扑结构总线的影响。仿真结果表明,基于点对点结构的FC-AE-1553B网络在传输NT节点到NC节点的数据流时,具有最小时延,基于交换机实现的FC-AE-1553B网络在传输NT节点到NT节点的数据时,传输性能较优。

基于PETRI网的FC-AE-ASM交换式网络建模与性能分析

新一代航空电子系统从结构上发生了变化,机载系统资源的共享程度越来越高,FC-AE-ASM(fiber channel-avionics environment-anonymous subscriber messaging)协议作为新一代的高性能网络通信协议被引入到航空电系统中;从FC-AE-ASM协议、交换机工作原理出发,以Petri网为工具,建立起网络结构模型、消息传输模型及交换机的工作原理模型;对所建系统模型进行仿真,可得出网络负载和消息延迟等性能指标,通过对性能指标的分析,为光纤通道网络在航空电子环境下的应用提供重要的理论依据。

基于 FCS 的实时运动控制系统讨论

基于对ＦＣＳ的研究，讨论了实时运动控制系统的环境需求、映像能力、资源结构及其时间限制等问题提出了实时运动控制系统的解法，主要分析了ＦＣＳ时间视图、一致性限制、通信系统的体系结构、可预测性。

FC-AE-1553与MIL-STD-1553协议转换方案的设计

为了实现FC-AE-1553和MIL-STD-1553两种总线网络之间信息单元的准确传输,分析了当前航电系统的应用现状,描述了FC-AE-1553协议在总线应用方面的性能优势,提出了两种协议之间的转换方案,实现了两种信息单元格式之间的转换。在FC-AE-1553帧与MIL-STD-1553字相互映射关系的基础上,对协议转换方案进行了总体分析,并按照子功能进行了模块的划分。针对各个子模块,依据其运行机理给出了详细的设计流程。仿真分析结果表明,协议转换方案具有良好实时性能,具有很强的适应性。

基于FCS的实时运动控制系统研究

在FCS的研究之上讨论了实时运动控制系统的环境需求、映像能力、资源结构及其FCS的时间限制等问题。提出了实时运动控制系统的FCS解法,主要分析了FCS的时间视图、一致性限制、通信系统的体系结构、可预测性、调试、规范和检验方法。这种将实时编程语言同规划理论结合起来的方法为设计者提供了有效的实现手段。

面向FC-以太网融合网络的嵌入式网关设计

为了降低网络维护成本和统一网络架构,实现面向FC的多协议融合型网络.本文给出IP over FC网关的设计方案和实现方法,详细介绍基于FPGA的嵌入式网关其系统架构和数据处理流程.同时对千兆以太网与FC之间帧格式的转换与地址映射进行仿真分析,并结合某型号航天器具体应用场景完成前期工程验证.结果表明,嵌入式IP over FC网关能够高效实现数据帧的解析与路由,协议转换最小时延为25μs,完好地实现FC与千兆以太网的无缝衔接与协议转换.

基于FC协议的PCS层设计和协议分析仪验证

FC光纤通道协议作为新一代重要总线技术,具有带宽高、扩展性强、可靠性强、实时性强、支持多种媒介、抗电磁干扰等优良特点,发展迅速并在诸多领域得到了广泛应用.本文针对FC协议的PCS层进行深入研究,解析其关键模块:弹性缓冲器、8B/10B编解码器、位宽变换器、同步器等,提出整体设计架构,使用verilog语言完成代码设计,搭建回环验证平台,并采用FC专用协议分析仪,结合FPGA进行验证,完成设计.

基于FC-AE-ASM的图像采集系统的设计实现

针对航空电子系统对数据密集型任务通信的高传输带宽需求,依据光纤通道具有高速率、可扩展及可靠性高等优点,设计一种基于FC-AE-ASM协议的通信系统结构,提出帧协议层的实现方法。基于该通信系统完成图像采集系统的设计,实现图像数据的实时高速传输和存储。经验证,FC-AE网络总线传输速率高且可靠性好,适合应用于航空电子系统。

基于迭代寻址的试飞FC数据快视分析技术

航空总线光纤通道FC成为新一代航电系统的构架协议;FC总线测试单次试验数据激增,试飞工程师对总线数据的即时处理提出了要求;对试飞试验总线数据的快速浏览、快速分析一直是数据分析的难题;针对试验FC总线数据的特点,设计了基于迭代寻址的海量FC试验数据帧分析技术,实现了对试飞FC总线数据快进、后退、实时拖动等操作,并实时将关心的参数、时间等关键信息以图表动态显示,实现了FC总线数据的动态快视,解决了海量试验FC总线数据快视处理难题,满足了现代飞行试验FC总线数据即时处理需求。

基于FPGA的FC交换机设计与验证

为了满足现代航空电子系统大规模数据传输的要求,带宽高且延时低的FC技术(Fibre Channel)逐渐取代传统1553总线,成为新一代航电系统的数据总线。FC交换机是以光纤作为主要传输介质,完成FC网络系统中各节点的信息交换功能的设备。文中设计使用Xilinx公司的FPGA逻辑电路开发套件,根据FC协议设计FC-1层和FC-2层以完成普通帧和ASM帧的转发,参照Round_Robin算法实现交换机转发调度,分析研究Xilinx PCIE硬核模块,实现具有PCIE主机接口的FC光纤交换机。方案给出了关键模块的结构图和设计思想,实现的功能经过仿真,达到了设计要求。

Labview实现RS232协议FCS校验码运算

介绍了Labview7.0实现RS232C协议中的FCS校验码运算程序。

基于FC-AE-ASM的可靠传输协议

光纤通道匿名用户消息协议(FC-AE-ASM)被设计应用于航空电子环境中各子系统的互联通信,但其并未提供数据端到端的可靠性保证,因此不能被直接应用于大规模数据传输及文件下载等应用。在FC-AE-ASM协议上层,针对ASM消息采用滑动窗口机制保证数据无重复、无丢包地按序递交,实现数据的高速可靠传输。在PC机上采用2.125 GB/s的FC仿真卡进行测试,结果表明,提出的可靠传输协议能在保证数据可靠传输的同时有效提高带宽利用率。实际测试带宽可达到34.9MB/s,相比停止等待协议提高了50%,满足实际应用需求。