光纤通道(FC)交换机监控端口的设计实现及验证

摘要

光纤通道(Fiber Channel，FC)协议，是由ANSI（美国国家标准协会）制定的串行数据通信协议，具有延迟低、可靠性高、传输速度快和传输距离远等良好特性，是新一代先进综合式航空电子系统高速通信统一网络的最佳选择。
　　随着航空电子系统的不断发展，FC协议以其高速率、低延迟、高可靠性、实时性等优良特性，在航空电子网络系统中得到了广泛运用。为了满足航电交换网络系统不断增长的交换需求，在传统的交换型拓扑结构FC交换机中，交换机通信端口数目不断增多，使得对端口数据流的监控和管理也变得极为困难，以致在FC交换机实际应用当中普遍存在数据流分析困难越来越大、故障定位与排除效率越来越低等问题。如若在FC交换机体系结构的基础上提出一种针对交换机数据流的监控和管理方案，使其对端口输入/输出数据流进可供选择地实时监控或进行一些功能性的管理，这样，对FC交换机在实际应用时不仅能够使数据流测试、分析更加方便快捷，而且对其故障排除工作的效率也有很大提升。
　　本论文基于公司项目组所做的多端口FC交换机芯片的实现与验证项目，深入研究了FC协议及其网络的特点与数据结构特点，并设计了一种可用来对FC交换机中的通信端口进行实时监控的监控端口模块，在设计原理上具有独创性。论文主要内容如下:
　　1.对FC协议从FC协议的分层模型、数据格式进行分析研究，并对本论文中所涉及的一个FC子协议，FC-AE-ASM协议简要介绍。之后对基于FC协议来搭建的FC网络进行必要分析，其中包括FC网络的通信特点、信息交换形式，以及网络拓扑结构等几个方面。
　　2.对FC交换机的基本结构进行分析，并在此基础之上确定整个FC交换机的芯片体系架构，为交换机监控端口模块的实现搭建好平台。
　　3.对交换机监控端口模块进行设计。监控端口模块的设计采用流水线式的设计方法，将整个模块的功能结构逐层细化，最后用Verilog硬件描述语言进行实现。监控端口顶层模块下面包含监控配置管理模块、消息ID查询模块、监控数据写控制模块、监控数据调度模块、监控数据发送控制模块、处理器端口数据发送处理模块、处理器端口数据接收处理模块等几个模块。整个监控端口模块共有三种监控模式（输入监控模式、输出监控模式、消息ID监控模式），以满足不同的监控需求。
　　4.对监控端口模块进行模块级级仿真验证与基于System-Verilog的虚拟平台的仿真验证。针对监控端口模块，共有78个验证项，其中，1.0625Gbps速率下有验证项38个，2.125Gbps速率下有验证项38个。经验证，针对此监控端口模块的所有验证项验证通过，表明该模块功能达到要求，符合预期。

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摘要

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缩略语对照表

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 国内外发展现状

1．3 论文主要研究目的及意义

1．4 论文的组织结构

第二章 FC协议与网络

2．1 FC协议

2．1．1 协议分层模型

2．1．2 FC协议的数据格格式

2．1．3 FC-AE-ASM协议

2．2 FC网络

2．2．1 光纤通信基本特点

2．2．2 FC网络的信息交换形式

2．2．3 FC网络的拓扑结构

2．3 小结

第三章 FC交换机

3．1 FC交换机的基本结构

3．2 FC交换机的性能参数

3．3 FC交换机芯片的体系结构

3．4 FC交换机芯片功能描述

3．5 小结

第四章 FC交换机中监控端口的设计与实现

4．1 监控端口的设计与实现

4．1．1 模块概述

4．1．2 特征描述

4．1．3 模块结构

4．2 监控模块功能描述

4．2．1 输入监控模式

4．2．2 输出监控模式

4．2．3 消息ID监控模式

4．2．4 处理器端口发送数据到监控端口FC MAC

4．2．5 处理器端口接收来自监控端口FC MAC的数据

4．3 各子模块功能概述

4．4 模块对外接口信号时序

4．4．1 通信端口FC MAC客户端发送数据接口时序

4．4．2 通信端口FC MAC客户端接收数据接口时序

4．4．3 监控端口FC MAC客户端发送数据接口时序

4．4．4 监控端口FC MAC客户端接收数据接口

4．4．5 处理器端口发送数据时序

4．4．6 处理器端口接收数据时序

4．4．7 消息ID缓冲区配置接口时序

4．5 子模块详细设计

4．5．1 监控数据写控制模块

4．5．2 监控数据调度模块

4．5．3 消息ID查询模块

4．6 小结

第五章 监控端口的仿真与验证

5．1 监控端口的模块级仿真验证

5．1．1 仿真平台的搭建

5．1．2 仿真流程

5．1．3 验证结果及分析

5．2 监控端口的虚拟平台仿真验证

5．2．1 验证目的与验证内容

5．2．2 虚拟验证平台的搭建

5．2．3 验证结果及分析

5．3 小结

第六章 结论和展望

参考文献

致谢

作者简介