基于协议处理fpga的光纤总线系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种光纤总线系统，尤其涉及一种基于协议处理FPGA的光纤总 线系统。
【背景技术】
[0002] 飞机机载设备有种类多、安全攸关设备多、延时容忍度低、总质量要求严格等特 点。不同机载设备往往使用了互不相同的电气接口协议，为了解决不同设备间的通信问题， 一种传统的解决方法是将需要通信的设备直接两两相连，如果电气接口不同，那么还需要 在中间增加协议转换装置。这样的结构连线复杂，效率低下；而且，在大型系统中，机载通信 的可靠性会随着设备的增加急剧降低。另一种传统解决方法是使用总线系统，但现有的总 线系统都没有考虑协议转换的问题，所以只能先在总线上传端使用协议转换装置将设备接 口协议转换为总线协议，之后在总线下载端将总线协议转换为不同设备的接口协议，这样 两次转换不仅增加了通信延迟而且增加了设备复杂度及质量。
[0003] 所以，在可靠性要求高、延时容忍度低、质量要求严格的机载设备上，不同接口协 议的设备间通信采用传统解决方法已不能达到系统要求。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种能够使多个使用不同接 口协议的设备在同一光纤总线中进行通信的基于协议处理FPGA的光纤总线系统。
[0005] 本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：
[0006] 一种基于协议处理FPGA的光纤总线系统，包括多个数据交换终端，所述数据交换 终端包括协议处理FPGA、数据缓存器、FLASH存储器、光纤总线接口和多个电气接口，所述 光纤总线接口和多个所述电气接口分别通过通用总线与所述协议处理FPGA的通信端口连 接，所述数据缓存器和所述FLASH存储器分别与所述协议处理FPGA的缓存和存储端口连 接，多个所述电气接口分别用于与外部通信设备连接，多个所述数据交换终端的光纤总线 接口之间分别通过连接光纤和冗余备份光纤并联连接。
[0007] 上述部件中，协议处理FPGA是一种专用于处理通信协议的现场可编程门阵列，在 本光纤总线系统中可对不同外部设备的不同通信协议进行处理；FLASH存储器是一种闪存 存储器，是一种不挥发性内存；各数据交换终端之间通过连接光纤和冗余备份光纤并联连 接，可以实现对每一个数据交换终端对应的外部设备的协议进行集中处理。
[0008] 进一步，所述光纤总线系统还包括用于供电的电源模块；所述光纤总线接口和多 个所述电气接口集成分布于前总线面板上构成前总线面板接口，侧面板上还设有扩展及供 电接口。
[0009] 本实用新型的有益效果在于：
[0010] (1)通过集成协议处理FPGA，能够使多个使用不同接口协议的设备在同一光纤总 线中进行通信，可以实现最多通过一次协议转换即可完成各设备之间通信的目的，并具有 高速处理能力；
[0011] (2)采用总线架构并辅以冗余备份光纤，减少了对少数节点的依赖，提高了系统的 可靠性，简化了系统构成，提高了系统的可靠性。
【附图说明】
[0012] 图1是本实用新型所述基于协议处理FPGA的光纤总线系统的总框图；
[0013] 图2是本实用新型所述数据交换终端的结构框图；
[0014] 图3是本实用新型所述基于协议处理FPGA的光纤总线系统在应用时的总框图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
[0016] 如图1和图2所示，本实用新型所述基于协议处理FPGA的光纤总线系统，包括多 个数据交换终端，本例中为三个，即第一数据交换终端、第二数据交换终端和第三数据交换 终端，数据交换终端包括协议处理FPGA、DDR高速数据缓存器、FLASH存储器、光纤总线接 口、多个电气接口和用于供电的电源模块，光纤总线接口和多个电气接口分别通过通用总 线与协议处理FPGA的通信端口连接，数据缓存器和FLASH存储器分别与协议处理FPGA的 缓存和存储端口连接，多个电气接口分别用于与外部通信设备连接，多个数据交换终端的 光纤总线接口之间分别通过连接光纤和冗余备份光纤并联连接，光纤总线接口和多个电气 接口集成分布于前总线面板上构成前总线面板接口，侧面板上还设有扩展及供电接口；本 例中，每个数据交换终端的电气接口均为十个，即第一电气接口、第二电气接口、第三电气 接口、第四电气接口、第五电气接口、第六电气接口、第七电气接口、第八电气接口、第九电 气接口、第十电气接口。上述DDR高速数据缓存器为双倍速率同步动态随机存储器。
[0017] 上述结构中，协议处理FPGA完成"根据查表地址转发数据"、"对接收数据进行协 议转换"两项工作；电气接口只负责不同接口协议间的电气转换，即满足不同的电气连接关 系，并从中得到实际的数字信号；光纤总线接口负责光电转换；DDR高速数据缓存器用于协 议转换时的数据存储；FLASH存储器用于存储端口信息表；数据交换终端通过调试接口（图 中未示）完成调试和写入端口信息表。
[0018] 如图2和图3所示，本实用新型所述基于协议处理FPGA的光纤总线系统在应用 时，将多个不同或相同协议的外部设备（如各种机载设备）分别与数据交换终端的电气接 口连接，本例中，外部的设备1-7分别与第一数据交换终端的其中七个电气接口对应星型 连接，外部的设备8-12分别与第二数据交换终端的其中5个电气接口对应星型连接，外部 的设备13-18分别与第三数据交换终端的其中六个电气接口对应星型连接，每个数据交换 终端以协议处理FPGA为核心各自独立工作。
[0019] 结合图2和图3,本实用新型所述光纤总线系统可以采用如下通信方法，说明：下 述方法是本实用新型所述光纤总线系统的优选通信方法，但并非唯一方法，也不是本实用 新型的创新所在，更不作专利保护。
[0020] 本实用新型所述光纤总线系统采用的通信方法，包括以下步骤：
[0021] (1)在测试安装阶段，根据需求，通过数据交换终端的调试接口向数据交换终端写 入接口"端口信息表"，该信息表如下：
[0022]
[0023] (2)上电后，数据交换终端开始自检，自检成功后进入正常状态；
[0024] (3)当需要发送信息时，数据交换终端根据端口信息表中的信息，将该端口的所有 信息附加在原有传输信息之后组成一个光纤总线帧上传至光纤总线，分别发往端口信息表 中所指示的目的端口，所述光纤总线帧的帧结构如下：
[0025]
[0026] ；
[0027] (4)接收信息时，数据交换终端首先通过读取附加信息获取信息的目的地址，判断 该信息地址是否在本地，如果不在本地则抛弃该信息，否则进入下一环节；
[0028] (5)当同一地址有多个信息同时到达时，数据交换终端按照信息中与地址对应的 优先级进行处理，先处理优先级高的信息，如果优先级相同则优先处理源地址小的；
[0029] (6)确定了信息的目的地址之后，数据交换终端读取信息的协议类型，对比本机端 口信息表中的信息，确定是否要进行接口协议转换，如果信息源接口协议与目的接口协议 不同则将数据转换为目的端口的接口协议再下发数据，否则直接下发数据。这样仅在目的 端口进行一次协议转换，缩短了总线数据延迟。
[0030] 根据机载设备特性，一旦设备安装完毕，设备的位置、设备之间的通信关系就不会 再改变，因此在数据交换终端内部程序中维护一个端口信息表，在上述"端口信息表"中保 存本地设备端口对应的接口类型、本地地址、目的地址以及对应目的地址的优先级。其中一 个端口可对应最多5个目的地址，每个目的地址拥有单独的优先级。其中优先级共8级，1 级最高8级最低。这个表在数据交换终端使用前就已经写入到程序当中，在数据交换终端 使用过程中不会再改变，内部程序还负责协议间的转换。
[0031] 上述实施例只是本实用新型的较佳实施例，并不是对本实用新型技术方案的限 制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入 本实用新型专利的权利保护范围内。
【主权项】
1. 一种基于协议处理FPGA的光纤总线系统，其特征在于：包括多个数据交换终端，所 述数据交换终端包括协议处理FPGA、数据缓存器、FLASH存储器、光纤总线接口和多个电气 接口，所述光纤总线接口和多个所述电气接口分别通过通用总线与所述协议处理FPGA的 通信端口连接，所述数据缓存器和所述FLASH存储器分别与所述协议处理FPGA的缓存和存 储端口连接，多个所述电气接口分别用于与外部通信设备连接，多个所述数据交换终端的 光纤总线接口之间分别通过连接光纤和冗余备份光纤并联连接。2. 根据权利要求1所述的基于协议处理FPGA的光纤总线系统，其特征在于：所述光纤 总线系统还包括用于供电的电源模块。3. 根据权利要求1或2所述的基于协议处理FPGA的光纤总线系统，其特征在于：所述 光纤总线接口和多个所述电气接口集成分布于前总线面板上构成前总线面板接口，侧面板 上还设有扩展及供电接口。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于协议处理FPGA的光纤总线系统，包括多个数据交换终端，数据交换终端包括协议处理FPGA、数据缓存器、FLASH存储器、光纤总线接口和多个电气接口，光纤总线接口和多个电气接口分别通过通用总线与协议处理FPGA的通信端口连接，数据缓存器和FLASH存储器分别与协议处理FPGA的缓存和存储端口连接，多个电气接口分别用于与外部通信设备连接，多个数据交换终端的光纤总线接口之间分别通过连接光纤和冗余备份光纤并联连接。本实用新型通过集成协议处理FPGA，能够使多个使用不同接口协议的设备在同一光纤总线中进行通信，可以实现最多通过一次协议转换即可完成各设备之间通信的目的，并具有高速处理能力。
【IPC分类】H04B10/278
【公开号】CN204721360
【申请号】CN201520488555
【发明人】李皓, 鲍泳林, 袁鸣, 陈强洪
【申请人】中国工程物理研究院总体工程研究所
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年7月8日