FC-AE-1553B结构.doc

FC-AE-1553B软件结构n FC-AE-1553 整体架构及模块划分1. 软硬件平台FC-AE-1553 设备卡选用 Xilinx 公司得 PCI-Express 接口 ML555 FPGA 进行开发，该 FPGA 提供 2 个全双工得光纤接口，如图 4-1 所示。图 4-1 硬件平台2整体架构FC-AE-1553 节点得整体架构如图 4-2 所示。图 4-2 整体架构FC-AE-1553 设备节点得设计从整体上可分为三个层次：硬件层、驱动层与应用层。硬件层主要实现数据得收发与处理，驱动层实现设备得管理及数据得传送，应用层实现 FC-AE-1553 相关得设备功能。以下列出了各模块得具体功能：1FC-AE-1553 底层硬件：(1) 以 DMA 方式从主机内存中读数据，进行 8B/10B 编码后转换为串行数据进行发送；(2) 接收通过光纤传送得数据，进行光电转换，将接收到得串行数据转换为并行数据并进行 10B/8B 解码；(3) 进行帧解析，形成帧描述符；(4) 将接收数据以 DMA 方式写到主机内存。2FC-AE-1553 驱动层：(1) 硬件设备得识别与初始化；(2) 数据得收发处理；(3) 向上层提供相应得应用访问接口。3FC-AE-1553 上层应用程序(1) N 端口得登录；(2) NC 处理功能；(3) NT 处理功能。n FC-AE-553协议总体设计与实现FC-AE-1553协议桥系统功能模块划分如图41所示。SEEDES接口主要功能就是提供数据得高速物理接口，实现数据得高速收发功能。软硬件部分通过Power PC接口实现信息交互。系统软件部分在Power PC核内部实现，主要分FC2、FC4两大层次，FC2层由接收端、发送端、注册注销模块组成，FC4层由NC模式管理、NT模式管理，协议格式转换模块构成。FC2数据传输层通过FC2服务接口向FC4映射层提供服务。FC4服务接口就是系统与外部上层应用得服务接口，通过配置服务原语发起数据传输。n 系统内外部接口定义与描述系统为上层应用提供数据传输服务，因此必须首先设计一个良好得服务接口。上层应用使用这些接口请求交换，系统通过服务接口响应上层应用，发起交换并报告交换完成情况。按照OSI标准模型中规定服务原语类型来定义服务接口，则外部接口提供得服务原语有：(1)FC-4_exchange、request(2)FC-4_exchange、reply 1、FC-4_exchange、requestFC-4_exchange、request：请求发起交换。当上层应用有数据需传输时，使用该原语请求系统发起数据传输交换，按此格式填好相关信息即可。FC-4_exchange、request(flagNC-NTconversionoriginal flagTypeClass_of_ServiceRespond_IDSource_IDContinue_Sequence_ConditionExchange_ErrorPolicyDadaA_ddressData_LengthBroadcastModeBridgeNT Burst sizerequestandDelayedNT Burst sizerequestReceive RDMA and Transmit RDMASuppressstatusNT-to-NT transfer andTR*NC monitor for NT-to、NT TransferMulticastSubaddress_modeDatabyte_or_mode_codeOther_Port_IDOther_subaddress)FC-4_exchange、request原语给出了发起交换必需得信息，包括发起者、响应者端口地址，交换使用得错误策略、传输类型，抑制状态、突发状态、RDMA设置，就是否过桥，就是否为多播，多播地址，发送得数据块地址以及数据块大小等。设置在NCNT模式下得软件根据交换请求原语申请资源，进行数据传输。2. FC-4_exchange、replyFC-4_exchangereply就是系统对FC-4_exchangerequest原语作出得响应，当这个交换成功发送完毕或者异常终止得时候，使用该原语向上层应用报告交换完成情况。其格式如下：FC-4_exchange、reply(flagTypeRespond_IDSource_IDData_AddressData_LengthNC-NT conversionsuccess_exchangeNused_ULPSequence initiative errorSequence transmit lostTransmission configure conflictFc_header_errorNo response by MIL-STD-1 553 RTMIL-STD-1553 format errorPort login requiredBusyMessage errorService requestBroadcast cmd receivedSubsystem flagDynamic network controlTeminal flag)节点在每次交换完成后，使用交换应答原语FC-4_exchange、reply对交换完成情况进行报告，报告包括为交换分配得交换号，交换中NT节点状态，交换就是否正常完成，若交换非正常终止，其引起终止得错误原因，若有数据递交，还需包含数据块存放地址，与数据块大小等。n 系统内部服务接口定义与描述系统内部为发送接收序列定义了服务接口，使用接口原语可顺利向上层提交接收到得序列数据块，亦可通知底层读取上层待传输得数据块，提供良好得端到端数据传输服务。依旧按照OSI标准模型中规定服务原语类型来定义服务接口，FC-2提供得服务原语有：(1)FC-2_SEQUENCE、request(2)FC-2_SEQUENCE_TAG_indication(3)FC-2_SEQUENCE、indication1、 FC-2_ SEQUENCErequest这个服务接口向上层提供端到端得数据传输服务，当上层需要传输数据时,只需要按照这个接口规定得参数类型填好请求命令即可。该服务原语得格式如下：FC-2_SEQUENCErequest(TypeExchange_TagSequence_TagClass_of-ServiceR_CTLD_JDS_IDFirst_SequenceLast_SequencePrioritySequence_InitiativeContinue_Sequence_ConditionExchange Error PolicyDada_AddressData_Length)上面所示即这个服务请求得格式，当上层请求FC-2传送数据时必须提供上面列出得参数，因为这都与特定得上层应用有关，包括要发起得序列得服务类型，序列类型：就是命令序列，状态序列还就是数据序列，序列优先级，序列发送完毕后就是否转让序列发起权，序列在交换中得位置等。FC2发送端模块根据FC_2 SEQUENCErequest提供得信息，分割序列数据块，发送光纤通道帧。2、FC-2_SEQUENCE、indicationFC-2使用这个服务原语向上层交付接收到得序列，除了纯粹得数据之外，还包含一些附加得信息，格式如下：FC-2_SEQUENCE、indication(Exchange_TagClass_of_ServiceTypeR_CTLD_IDS_IDSequence_InitiativeData_AddressData_Length)FC2层接收端模块在完整接收一个序列数据块后，将序列类型，发送接收序列得端口地址，序列发起权，数据大小与存放地址放入序列递交原语，通知FC4层模块读取。3、FC-2_SEQUENCE_TAG、indication这个参数就是用来响应前面上层发出得FC-2_SEQUENCE、request原语得，格式如下：FC-2_SEQUENCE_TAG_indication (Exchange_TagSequence_Tag)这个原语向上层返回两个标识符，用来标识当前这个序列，当这个序列成功发送完毕或者异常终止得时候，FC-2使用这两个标识符向上层报告这个序列发送就是否成功。n 软硬件接口定义与描述PowerPC接口与硬件与上层软件连接框图如图4、2所示。为了满足FC-AE-1553传输得实时性等要求，减少数据延迟。在该芯片设计中，采用PLB总线与底层硬件代码相连接。PLB总线就是Power PC得高带宽总线，64位数据总线宽度，分离得地址、读写数据总线，具备分别传输得能力。同时执行得读写传输能最有效利用总线，在单周期内可传输两个数据；此外，PLB总线地址通道能叠加一个新得写请求到一个正在执行得写操作上，以及最多3个读请求到正在执行得读操作上，从而减少总线反映时间。(一)控制寄存器设计43个控制寄存器主要完成产生底层硬件需要得一些控制信号，状态信息，以及软硬件握手等功能：1)发送接收缓存信息。用来控制写入对应得空闲RAM或者读取对应得接收RAM。如帧长度，CRC正确与错误，等等信息，软件通过这些信息来进行帧处理，这些处理包括接收当前帧，解析当前帧信息，丢弃当前帧，发送特定原语进行端口控制等等。2)一些用于测试得控制寄存器，里面包括了发送原语测试，设定硬件初始状态寄存器等功能。3)读取错误统计信息。PPC通过软硬件接口读取硬件一些错误得统计信息，可以得到整个传输得整体信息。为上层软件中协议处理提供信息。(二)发送接收缓存设计在FC-AE-1553协议桥设计中，接收与发送分别采用一个RAM作为缓存，在设计中，每一个FC帧长度为2148字节。数据总线宽度选择为32位。因此每个RAM得缓存深度为537。考虑到Power PC得处理速度，每个发送与接收采用8个缓存。则每个大小为537X8，对应得地址总线为13位。在底层考虑方便读取数据，在RAM部分，设计采用双端口RAM得控制。在发送状态时，Power PC将要发送得数据发送到发送缓存RAM中，并且更新发送数据控制寄存器之中得信息，底层发送模块通过读取软硬件接口中相应寄存器得信息来判断就是否有数据需要发送，如果有数据发送，则读取发送缓存RAM之中数据，并将数据进行发送。接收状态时，底层接收数据并依次写入对应得RAM中。并更新对应得控制寄存器，PowerPC判断对应得寄存标志，读取RAM中得数据。Power PC405 IP核通过接口控制寄存器与发送接收缓存实现软硬件得数据交互。n 软件模块划分与设计思路协议算法软件进行功能模块划分，主要包括以下几部分：(1)FC4层NC模式协议管理模块：完成NC协议管理功能(2)FC4层NT模式协议管理模块：完成NT协议管理功能(3)协议转换模块：完成过桥传输帧与消息字转换功能(4)FC2层接收端模块：完成交换管理、序列接收管理功能(5)FC2层发送端模块：完成交换管理、序列发送管理功能(6)FC2层注册、注销模块：实现服务参数得确立各层问通过内部服务接口原语进行信息交互。 交换级FC4层软件模块划分与实现FC-AE-1553映射层实现FC-AE-1553协议功能，完成FC-AE-1553得 10种传输类型。分为NC、NT2种模式工作，NC模式下安排整个网络中得传输过程，NT模式下响应各类数据传输。1、NC模式管理模块图43描述了NC模式管理模块得设计框图，上层应用通过FC-4接口原语FC-4_exchangerequest请求FC-4层发起交换，NC分析该原语，协调发起交换所需得各类资源。TYPE上层应用分析，这里确定为0x48，FC-AE-1553应用，进入FC-AE-1553处理。广播多播单播判断分类；进程注册分析：判断交换2端口间就是否已完成进程注册，若未完成，则首先进行进程注册，已完成，则继续判断；突发模式判断：普通模式，突发模式一，突发模式二共三种，不同模式下进行得传输类型相应得传输过程有所不同；传输类型判断：主要分为NC-NT(s)，NT-NC，NT-NT(s)3大类，按各自特点分别进行；根据各类传输类型，填FC-2接口原语FC-2_SEQUENCE、request，请求发起序列；等待FC-2_SEQUENCE_TAG、indication，为新交换新序列分配交换号与序列号；根据序列发送结果进行下一步骤：序列发送失败，则填FC4接口原语FC-4_exchange、reply向上层应用报告交换失败原因；序列发送成功则根据传输类型与剩余数据大小判断就是继续发起数据序列还就是等待状态序列；继续发起数据序列则填FC-2_SEQUENCErequest序列请求；等待状态序列需开启计时器，在计时器时间内未收到相应得FC-2_SEQUENCE_indication则发生超时错误，错误信息报告给上层应用，并根据错误类型判断就是否终止交换；若收到FC-2_SEQUENCE、indication，开始序列分析：检查状态序列并验证扩展头信息，扩展域正确则提取数据，归并于所属交换块中，扩展域信息错误则将错误信息以FC-4接口原语形式(FC- 4_exchangereply)报告给上层应用，并根据错误类型判断就是否终止交换。在整个处理请求过程中，FC-4_exchangerequest请求一直保存，作为交换发送得依据，提供交换信息查询。每发送或接收一个序列，剩余数据信息等同步记录，一旦发送错误，剩余数据信息填入FC-4_exchange、reply中，向应用层报告。3. NT模式管理模块图4-4描述了NT模式管理模块得设计框图，NT接收到命令序列后，进行分析，填写FC-4_exchange、request原语，申请发起交换所需得各类资源。NT接收到FC-2接口原语FC-2_SEQUENCE、indication分析该原语：TYPE上层应用分析，这里确定为0x48，FC-AE-1553应用，进入FC-AE-1553处理。判断R_CTL，确定序列类型：命令序列或数据序列；命令序列：收到命令序列即为新交换得第一个序列命令扩展帧头信息分析，确定传输类型，RDMA，突发模式，请求数据大小等具体信息；开辟FC-4_exchangerequest请求原语与FC-4_exchangereply应答原语，填入交换相应控制信息，如交换号，传输类型，RDMA，突发模式，请求数据大小等；若命令扩展头出现错误，则向上层应用提交接口原语(FC-4_exchangereply)，报告错误，若正确，则提取序列数据，归并与所属交换块中；数据序列：交换中间序列，分析FC-2_SEQUENCE、indication原语，提取序列数据归并于相关交换块中，并从FC-4_exchange、request请求原语中查询传输类型，突发模式等信息，由此判断下一步就是继续等待数据序列还就是发送状态序列数据序列；组状态数据序列请求原语FC-2_SEQUENCE、request，请求发起序列；等待FC-2_ SEQUENCE_TAG、indication；为新序配分配序列号；根据序列发送结果进行下一步骤：序列发送失败，则填FC-4接口原语(FC-4_Exchange、reply)类型与剩余数据大小判断就是开始等待数据序列还就是结束交换向上层应用报告状态；等待数据序列需开启计时器，在计时器时间内未收到相应得FC-2_SEQUENCE、indication则发生超时错误，错误信息报告给上层应用，并根据错误类型判断就是否终止交换；若收到FC-2_SEQUENCE、indication，开始序列分析；在整个处理请求过程中，FC-4_exchange、request请求一直保存，作为交换发送得依据，提供交换信息查询。每发送或接收一个序列，剩余数据信息等同步记录，一旦发送错误，剩余数据信息填入FC-4_exchange、reply中，向应用层报告。 光纤通道序列级FC2层软件模块划分与实现FC-2层主要负责光纤通道序列级别得接收与发送，分为接收端与发送端2大部分。1. FC2层接收端设计FC-2层接收端要实现得功能主要包括：序YU交换管理，注册注销，将单帧数据重组为完整序列，通过FC-2接口递交给FC-4层处理。图45给出了FC2层接收端设计框图，其具体流程如下：查询接收缓存寄存器，当寄存器帧接收请求标志置1时，说明此时该缓存中已接收到一帧数据待处理，PPC将数据读取到内存中，开始帧处理。同时寄存器信息包含该帧数据总数，以及帧就是否有传输字错误等信息。一一进行判断，若帧没有发现传输字错误、帧溢出等错误，则进入序列交换管理阶段，包括：SOF、EOF判断：确定帧服务类型与帧在序列中得位置，并设置相应FLAG标志；帧头提取：将光纤通道帧头部分单独提取出来进行帧头解析；帧头解析：判断目得地址就是否为本端口，不就是即丢弃该帧，若就是继续判断；判断源地址与本端口就是否已完成N端口注册，若未注册，需先注册，已注册，则继续判断；判断R_CTL交换类型，属于设备数据帧还就是链路服务帧等，若为链路服务注册帧，则进入注册、注销进程，完成注册或注销。若为设备数据帧则进行TYPE判断；判断TYPE为何种上层应用，这里为FC-AE-1553协议；判断OX_ID交换号：该帧属于新交换，还就是已有交换，新交换则建立新得交换状态块，填入交换信息；已有交换，则通过端口地址与交换号查找所属交换状态块，进行交换信息更新；判断RX_ID：FC-AE-1553该值均为0xFFFF；判断F_CTL控制信息，F_CTL确定该帧就是属于交换发起者发送或交换响应者发送，序列发起权归属，采用得错误处理策略，在交换中得位置，优先级等重要信息，判断其正确性，并填充更新交换状态块；判断SEQ_ID序列号：该帧属于新序列或已有序列，新序列开辟新序列状态块，已有序列则根据序列号查找到所属序列状态块进行信息更新；判读SEQ_CNT帧计数：序列重组必备信息，确定帧在序列中得位置；DF_CTL判断：FC-AE-1553中为OxO；参数域判断：包含相关偏移量信息，为序列重组提供相关信息。帧头解析完毕、序列交换状态块更新完毕后，处理完成。将正确帧得数据按帧顺序重组为完整序列，填FC-2接口原语(FC-2_SEQUENCEindication)，完成序列递交。2. FC2层发送端设计FC-2层发送端要实现得功能主要包括：序YU交换管理，注册分析，将FC-4请求得序列数据块划分为帧数据大小，将分配好得帧头与数据组成完整光纤通道帧放入发送缓存中。图4、6给出了FC2层发送端模块得主要设计流程框图。根据请求得FC-2接口原语信息(如FC-2_SEQUENCErequest)开始组帧程序，首先判断目得端口地址与本端口就是否已完成N端口注册，若未注册，需先注册，已注册，则进行数据分割，将数据块分为帧数据大小，进入序列交换管理阶段，包括：目得端口地址填充；源端口地址填充；TYPE上层应用类型填充，这里为FC-AE-1553协议：DF_CTL填充：FC-AE-1553中为OxO；F_CTL控制信息填充，F CTL确定该帧就是属于交换发起者发送或交换响应者发送，序列发起权归属，采用得错误处理策略，在交换中得位置，优先级等重要信息，FC-2接口原语信息中包含，计算后填充；优先级填充：使用优先级，将优先级填入CS_CTL，F_CTL得17bit置1，不使用优先级，则CS_CTL为0x0；RX_ID填充：FCAE1553该值均为0xFFFF；R_CTL交换类型填充，与接口原语一致；分配OX_ID交换号：该帧属于新交换，则随机为交换分配一个未使用得交换号并建立新得交换状态块，填入交换信息；已有交换，则通过端口地址与交换号查找所属交换状态块，进行交换信息更新；分配SEQ_ID序列号：该帧属于新序列或已有序列，新序列则随机为交换分配一个未使用得序列号并开辟新序列状态块，已有序列则根据序列号查找到所属序列状态块进行信息更新；分配SEQ_CNT帧计数：序列重组必备信息，确定帧在序列中得位置；按重复计数或连续计数方式分配，同一序列得帧，后一帧比前一帧大l；参数域填充：包含相关偏移量信息，为序列重组提供相关信息。帧头分配完毕，于此同时建立更新好序Yd交换状态块，按正确帧得顺序将合适数据与帧头组合完毕，放入发送缓存，并将使用得服务类型信息通知硬件，由硬件添加SOF、EOF。为新交换、新序列分配得交换号与序列号通过FC2接口原语(FC-2_SEQUENCE_TAGindication)通知FC-4层。当一个序列得所有数据均以帧得形式发送完毕，其发送结果：成功，失败及失败原因通知FC_4层。3. 注册注销模块(一)N端口注册请求N端口会在一个新得交换中发送一个PLOGI帧，端口名得数值大得N端口将发送一个PLOGI，在点对点连接中，只需一个N端口发送PLOGI即可。注册过程完成了以下内容：1、设置一个OX-ID。2、将DID设置为目标N端口D，SID设置为源N端口ID。3、净荷中根据需要设置相应得服务参数。4、指定发起注册得N端口得端口名，节点名。(二)N端口注册响应正常得N端口注册响应就是返回一个LS-ACC链路服务响应帧，不存在交换机时，可能有以下几种响应类型：1、返回一个LS-ACC帧，帧得OX_ID等于PLOGI中得OX_ID，公共服务参数域中得NPORTF-PORT位置0，这就是正常得N端口注册响应，说明注册成功。LS-ACC得D-ID即为PLOGI中得S-ID；LS-ACC中得S-ID即为PLOGI中得D_ID。LS-ACC帧内得净荷给出了服务参数设置，一个64位得N端口名，一个64位得节点名。注册成功后，N端口就可以与远程得N端口之间通信。 2、返回一个P-BSY，说明目标N端口忙，稍后可重新发送PLOGI。3、返回P-RJT，说明N端口注册被目标N端口拒绝。P-RJT帧内净荷包含了拒绝原因码。若原因码为“不支持得服务类型”，则N端口将换一种服务类型，重新发送PLOGI。4、收到PLOGI，说明两个N端口注册时发生冲突，若接收到得PLOGI内得N端口名小于自身得N端口名，则发送一个LSRJT拒绝帧，帧内拒绝原因码为“已经开始注册进程”；否则，直接处理接收到得PLOGI进行注册。5、若无响应，则表明表示链路出错，进行错误恢复。使用第三类服务，响应得N端口发送了LS-ACC后，注册结束。(三)注销注销过程就是指移除所有地服务参数，释放N端口，交换机得资源，N端口注销时，删除了N端口ID。N端口可以发送LOGO-ELS帧向交换机请求注销。 FC-AE-1553协议桥协议转换模块设计FC-AE-1553协议桥得主要实现光纤通道网络与传统得MIL-STD-1553总线间得桥接，兼容原有MIL-STD-1553低速终端设备，完成过桥数据交换。FC-AE-1553网络中允许存在多个桥，但同一时间只允许一个桥设备工作。所有过桥传输交换仍然由NC发起，通过协议桥，将NC命令帧转换发往RT得命令字、数据字，同样，当协议桥接收到RT响应得状态字、数据字时，将其映射为状态帧，发送回NC(NT)。从而实现2种不同网络间得实时信息交换。主要设计思想：过桥传输可分5种模式：(1)NC-RT(2)RT-NC(3)NT-RT(4)RT-NT(5)RT-RT，其中，NT-RT与RT-NT可分别合并至NC-RT与RT-NC中，根据过桥传输类型，分类完成协议映射。当协议算法软件配置在NT模式时，若接入MIL-STD-1553总线，也可作为协议桥使用，过桥传输主要步骤如下：(1)NT接收到NC命令序列时，首先检查命令帧子地址域，若子地址域高22位与本地桥地址相同，说明此次交换为过桥传输，调用协议转换模块。不同，则按普通NT运行；(2)通过与命令扩展帧头域中其她控制为联合判断何种过桥传输；(3)根据过桥传输类型选择映射类型，进行帧到字得“翻译”；(4)等待接收MIL-STD-1553 RT消息字； (5)按过桥传输类型及命令帧抑制状态位值，进行字到帧得“翻译”，发送回光纤通道网络；过桥传输完成。 表43映射类型表n FC2层软件流程图 FC2层接收端软件流程图图4、7给出了FC2层接收端流程图读取接收缓存寄存器值，计算该接收帧长度,就是否有传输字错误等，解析该光纤通道帧，建立或更新所属交换状态块，序列状态块，将帧数据重组为完整无错得序列数据递交到FC4层NC、NT中使用。 FC2层发送端软件流程图根据FC4层得序列请求，按要求组光纤通道帧头，填充数据，发送完整光纤通道序列。将发送得每帧信息填入发送缓存寄存器，同时建立更新交换、序列状态块。 注册流程图注册过程就是通过发起注册得端口发送一个扩展链路服务帧(ELS：注册时分为FLOGI与PLOGI)进行得，收到ELS得端口再返回一个链路服务应答帧(LS-ACC：分为FLOGI LS-ACC与PLOGI LS-ACC)之后，完成注册。ELS与LS-ACC得净荷中都包含了各种服务参数。图49给出了注册流程。n FC4主程序流程图 NC模式代码流程图NC模式管理模块完成FC-AE-1553 NC功能，控制安排FC-AE-1553网络得数据传输。按照交换请求提供得信息，按请求得传输模式，将发送或接收请求得数据块到相应得NT节点。传输模式包括：(1)NC-NT：NC-NT普通传输，NC-NT突发模式一传输，NCNT突发模式二传输；NCRT过桥传输(2)NT-NC：NT-NC普通传输，RT-NC过桥传输，RT-RT过桥传输(3)NT-NTNT-NT普通传输，NT-NT突发模式一传输，NT-NT突发模式二传输；NT-RT过桥传输，RT-NT过桥传输。 NT模式代码流程图完成FC-AE-1553 NT功能，接收NC命令序列，完成FC-AE-1553网络得数据传输。按照命令解析出得交换请求，选定传输模式，将接收或发送请求得数据块到NC节点。此外，NT还具有FC-AE-1553协议桥功能，能完成过桥传输交换，实现光纤通道帧与MIL-STD-1553消息字得格式转换。传输模式包括：(1)NC-NT：NC-NT普通传输，NC-NT突发模式一传输，NC-NT突发模式二传输；NC、RT过桥传输(3)NT-NC：NT-NC普通传输，RT-NC过桥传输，RT-RT过桥传输(4) NT-NT：NT-NT普通传输，NT-NT突发模式一传输，NT-NT突发模式二传输：NT-RT过桥传输，RT-NT过桥传输。