[发明专利]一种基于FC的高效数据交换方法

说明书

本发明公开了一种基于FC的高效数据交换方法，包括：利用FPGA设计FC协议中FC‑0层的高速串行数据到低速并行数据的转换模块，该模块能够将高速串行数字信号转换成相对低速的并行数据，同时通过设计的状态机完成参考时钟的去抖、锁定和恢复；利用FPGA设计FC协议中FC‑1层的8b/10b编解码、传输字边界对齐以及传输字合法性检测、原语检测、接收器状态机、FC端口状态机和发送器状态机的控制，以保证FC端口状态的跳转；利用FPGA设计FC协议中FC‑2层的帧协议解析模块，该模块能够完成帧协议的解析、注册和注销、缓冲区到缓冲区的流量控制，以保证帧传输的合法性。

技术领域

本发明具体涉及一种基于FC的高效数据交换方法，属于电子工程和计算机科学领域。

背景技术

随着信息技术的发展，大数据处理已经成为支撑上层决策的关键技术。特别是在智能制造领域，德国工业4.0、美国工业互联网以及我国的“中国制造2025”和“互联网+先进制造业”中所要实现的智能制造无不包含着大量的数据，包括车间级底层异构数据的采集、处理与传输，工厂级ERP、MES间的数据传输以及工厂之间的数据传输等。如何实现大数据的高效处理来支撑上层决策是实现智能制造需要解决的关键问题之一。车间现场存在着大量的异构资源，包括不同厂家的生产线、不同型号的机床以及不同协议的传感执行设备，如何高效的实现这些异构资源间的数据交换又是实现大数据高效处理的关键技术之一。

随着信息技术的发展，出现了很多数据传输协议标准，包括常用的工业以太网、Modbus以及Zigbee等，但是在数据处理的效率方面，FC(Fiber Channel，光纤通道)协议具备极大的优势。FC具有高带宽、低延迟、长距离传输、拓扑灵活、支持多种上层协议等优点，是一个为适应高性能数据传输要求而设计的通信协议。

FC目前应用在欧美等国的先进战斗机中，是新一代航空电子总线协议，能够提供航空电子系统下新一代的统一航空电子网络构建的支持。美国国家标准委员会还专门成立了研究光纤通道用于航空电子系统的分委员会(ANSI FC-AE)，该分委员会与波音公司、洛克西德-马丁公司等合作制定了一组专门用于航空电子系统的FC协议子集，即光纤通道航空电子环境(FC-AE)。光纤通道替代当前的航空电子主网MIL-STD-1553，已成为航空电子系统发展的必然趋势，光纤通道也将成为构建新一代的统一航空电子网络的首选。FPGA作为可编程的硬件逻辑器件，具备高度的并行处理和硬件加速特性，有利于FC协议的实现。

所以将先进高效的FC协议应用到民用领域，实现制造底层异构资源高效的数据交换，能够助力我国智能制造伟大战略的早日实现。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：提供一种基于FC的高效数据交换方法，包括：利用FPGA设计FC协议中FC-0层的高速串行数据到低速并行数据的转换模块，该模块能够将高速串行数字信号转换成相对低速的并行数据，同时通过设计的状态机完成参考时钟的去抖、锁定和恢复；利用FPGA设计FC协议中FC-1层的8b/10b编解码、传输字边界对齐以及传输字合法性检测、原语检测、接收器状态机、FC端口状态机和发送器状态机的控制，以保证FC端口状态的跳转；利用FPGA设计FC协议中FC-2层的帧协议解析模块，该模块能够完成帧协议的解析、注册和注销、缓冲区到缓冲区的流量控制，以保证帧传输的合法性。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种基于FC的高效数据交换方法，包括如下步骤：

步骤一：设计FC协议中FC-0层的高速串行数据到低速并行数据的转换模块，该模块能够将高速串行数字信号转换成相对低速的并行数据，同时通过设计的状态机完成参考时钟的去抖、锁定和恢复。具体实现如下：

①设计模块工作在8.5Gbps的速率下，选择QPLL的锁相环，使FC-0串并转换模块各CHANNEL(通道)共用同一参考时钟；