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FPGA的光纖通道接口控制芯片設計

作者: 時間:2009-07-08 來源:網絡 收藏

圖2左邊的PowerPC和存儲器器通過PLB總線互聯在一起,構建了Linux操作系統和的軟件部分的運行平臺。
PowerPC架構中還包含了通用的OPB總線,用來進行外部設備的互聯。OPB總線通過一個PLB-OPB橋連接到PLB總線,如圖2右邊所示。連接到OPB總線的外部設備只有一個,也就是傳輸核。
用戶定義了的用戶接口。根據應用環境的不同,這個模塊有不同的實現方法,如PCI或USB。
當用戶有數據需要發送時,通過接口控制的用戶接口將數據按標準格式存人芯片內部的數據存儲器,并通過設置相應的寄存器請求接口控制芯片的數據傳輸服務。然后,軟件代碼將數據接管過來,先為這次數據(IU)傳輸分配相應的軟件資源(交換狀態塊、序列狀態塊等)用以記錄數據的發送狀態。等完成相應的處理后,PowerPC通過傳輸核提供的接口通知傳輸核對數據進行處理,包括分片、成幀、CRC計算和8B/10B編碼等任務。最后,傳輸核通過輸出引腳輸出高速串行數據去調制光發射機并發送到鏈路。
當從輸入鏈路上接收到數據時,傳輸核首先對數據進行處理,包括位同步、串并轉換、8B/10B解碼、字同步、有序集檢測、CRC校驗和幀提取。當有效幀接收到并存到接收緩沖區后,硬件模塊設置相應的寄存器通知Power-PC,然后PowerPC對接收到的幀進行處理,包括分配相應的軟件資源、幀重裝。當屬于一個序列的所有幀都正確接收完后,PowerPC通過用戶接口模塊通知用戶模塊,用戶模塊接收到數據后自行進行處理。

3 硬件
接口控制芯片的硬件部分也就是圖2中的光纖傳輸核,負責將數據幀按標準規定的格式從發送緩沖區傳輸到鏈路另一端的接收緩沖區。為了正確有效地完成這個任務,接口控制芯片的硬件部分實現以下一些功能:緩沖到緩沖的流量控制、鏈路級別的差錯檢測和恢復、字同步、有序集檢測、幀提取、8B/10B編解碼和串并/并串轉換等功能。接口控制芯片的硬件部分功能框圖如圖3所示。

3.1 發送控制邏輯
發送控制邏輯的功能是控制幀、原語信號和原語序列的發送順序,使之符合光纖通道標準,主要包括保證連續幀之間具有足夠的間隔和在幀之間插入原語信號。
發送幀的CRC值也由發送控制邏輯計算,傳統的串行計算方法達不到要求的速率,這里采用并行CRC算法進行計算,每個時鐘有效沿可以計算32位數據,大大提高了數據吞吐量。
緩沖到緩沖流量控制也在發送控制邏輯中實現。發送控制邏輯維持一個計數器,表示當前已發送但還未被確認的幀的數目,每當發送1幀,計數器加1;當接收到 R_RDY原語信號時,計數器減1。如果這個值小于配置寄存器中的BB_Credit值,則表示可以繼續發送幀;否則,表明目標端口已經沒有可用的接收緩沖區,發送控制邏輯此時就不往外發出幀。
3.2 接收控制邏輯
8B/10B解碼出來的數據是字節數據,而所有的有序集都是字,因此需要在輸入的字節流中正確區分出字邊界。接收控制邏輯內部的字同步模塊和接收狀態機協同工作,實現這一功能。標準規定的接收機狀態轉換圖如圖4所示。
3.3 8B/1 0B編解碼
傳統的編解碼方法由數字邏輯實現,主要是為了節省邏輯資源。由于內含有豐富的RAM,使其作為編解碼的載體既可以降低復雜程度又可以提高編解碼的速度,待編碼的數據作為地址線輸人,編碼數據存在RAM內從數據線輸出。
3.4 端口狀態機
作為鏈路級差錯檢測與恢復的核心,端口狀態機對收發鏈路的狀態進行監測。每當鏈路狀態出現異常,端口狀態機就根據異常的起因啟動不同的鏈路恢復協議來對鏈路進行恢復。如果恢復失敗,那么端口狀態機就通過狀態寄存器向上層報告。出于版面的考慮,簡化的端口狀態機的狀態轉換圖如圖5所示。

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據中恢復出來的時鐘,因此和芯片的主時鐘是異步的。當將接收到的數據交給其他工作于主時鐘的模塊處理時需要進行速率調整。異步FIFO用于實現這個功能。串并/并串轉換:高速的串并轉換對器件性能有較高要求。內部集成了專用的硬核 (RocketIO)用來實現這一功能,因此對其進行適當的配置即可。這樣節省了專用的串并轉換芯片。
配置寄存器存儲一系列的工作參數,如(R_T_TOV、E_D_TOV等),復位后以默認值初始化寄存器。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寄存器來表示自己當前所處的狀態(如在線、離線等)。



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