专利名称：基于fc网络的开关网络模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种开关网络模块，尤其涉及一种基于FC网络的开关网络模块。
背景技术：
航空电子是研究电子技术在航空工程中应用的学科，它随着计算机、数字通信和
微电子等技术的发展而飞速发展。随着现代战争环境日益复杂化，态势估计、预警、战场指
挥等作战任务越来越需要高性能航空电子系统的支持，飞机对航空电子系统的依赖性越来
越大，航空电子系统已经成为提高军用飞机性能最主要、最有效的手段之一。 航空电子系统的数据网络完成航空电子系统中所有部件之间的数据传输，是现代
航空电子系统的"骨架"。现代战争战场态势瞬息万变，作战时机稍纵即逝，来自海、陆、空、
天、地的各种信息只有得到及时传输和处理，飞行员才能快速准确地掌握最新战场态势，才
能进行迅速有效的作战行动。因此，数据网络的性能成为影响航空电子系统性能的决定因
素之一，在航空电子系统中占有越来越重要的地位。 航空电子系统(航电系统)的发展促进了航电数据网络的发展，而航电数据网络的发展则为航电系统的发展提供了技术支持。因此，研究和掌握航电数据网络技术对提高军用飞机的性能具有重要而深远的意义。 按照目前国内外公认的定义，航电系统至今已经历了分立式、联合式、综合化和先进综合化的四代发展历程。第一代为分立式航电系统，各分系统相互独立，具有各自的传感器、控制器、显示器和专用的模拟式计算机，每个分系统只完成单一的特定功能。数据网络是简单的点到点连接，信息仅在本系统内流动，系统之间不能进行数据传输。分立式航电系统是分散式的结构形式；第二代为联合式航电系统采用集中控制、分布处理的层次型结构形式，整个航电系统按功能分层。该系统的资源共享只在后端的控制和显示环节，数据网络(1553B)的传输速率(1Mbps)较低；第三代为综合化航电系统，主要缺点是网络类型过多，网络协议的转换降低了数据网络的性能和可靠性；第四代为先进综合化航电系统，其突出特点是综合程度高。 但是，不管是以上4代航电系统中的任何一种，每一代航电系统的结构主要取决
于当时的作战需要和技术水平，并受到计算机、数字通信、微电子和软件等技术强有力的推
动和制约，无法实现点到点、环和交换拓扑结构的便利转化。FC(Fibre Channel)网络以其
高速率、低延迟、高可靠性和成熟的商用技术等优点而备受目前航电系统的青睐。 开关网络模块是新一代航电系统数据网络中数据交换过程中的重要组成部分，然
而基于FC网络而进行设计的开关网络模块尚未有国内外文献报道。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种可对开关网络进行容错处理、可高效率对数据进行传输的基于FC网络的开关网络模块。 本发明的技术解决方案是本发明提供了一种基于FC网络的开关网络模块，其特
3殊之处在于所述基于FC网络的开关网络模块包括控制平面以及与控制平面相接的数据
平面；所述数据平面内包括容错单元；所述控制平面包括CPU,以及分别接入CPU的VME接
口和FC接口 ；所述数据平面直接与控制平面的CPU相接。 上述容错单元包括至少两个交叉开关，所述交叉开关是互为备份的。 上述交叉开关是光交叉开关或电交叉开关。 上述交叉开关是电交叉开关时，所述容错单元还包括与光交叉开关相接的光/电或电/光转换器。 上述光/电或电/光转换器是一个或多个。 上述光交叉开关是机械式光交叉开关或非机械式光交叉开关。 上述机械式光交叉开关是移动光纤、移动套管、移动准直器、移动反射镜、移动棱
镜或移动耦合器。 上述非机械式光交叉开关是电光式、磁光式、声光式、热光式、液晶、波导或喷墨气泡。 上述开关网络模块的工作电压是1. 2V、3. 3V或5V。
上述FC接口或VME接口是两个或两个以上。
本发明的优点是 1、可对开关网络进行容错处理。本发明由于在数据平面中采用开关网络模块采用两个交叉开关互为备份，实现了链路之间和交叉开关芯片之间的硬件备份，从而实现开关网络模块的容错设计。 2、可高效率对数据进行传输。本发明所提供的开关网络模块采用控制链路和数据链路具有各自独立物理介质的实现方式，利用两个VME接口和两个FC接口来实现所有48路链路控制信息的传送。 一方面，控制信息比数据信息少，控制链路可以采用速率较低、成本较低的物理介质来实现，如标准总线；数据链路应采用速率较高的物理介质来实现，如光纤。另一方面，控制平面和数据平面的功能分配比较清晰，数据平面无需实现较多的功能，可以进行更快的数据转发。
图1本发明较佳结构示意图； 图2为本发明所提供的容错单元结构示意图； 图3为本发明所提供的交叉开关控制流程示意图。
具体实施例方式
参见图l，本发明提供了一种基于FC网络的开关网络模块，该基于FC网络的开关网络模块包括控制平面以及与控制平面相接的数据平面；数据平面内包括容错单元；控制平面包括CPU，以及分别接入CPU的VME接口和FC接口 ；数据平面直接与控制平面的CPU相接。 容错单元包括至少两个交叉开关，该交叉开关是互为备份的。交叉开关是光交叉开关或电交叉开关；当交叉开关是电交叉开关时，容错单元还包括与光交叉开关相接的光/电或电/光转换器，与每个交叉开关相接的光/电或电/光转换器可以是一个或多个。光交叉开关可以是机械式光交叉开关或非机械式光交叉开关。该机械式光交叉开关可以是移
动光纤、移动套管、移动准直器、移动反射镜、移动棱镜或移动耦合器。非机械式光交叉开关
可以是电光式、磁光式、声光式、热光式、液晶、波导或喷墨气泡。 本发明所提供的开关网络模块的工作电压是1. 2V、3. 3V或5V。 FC接口是两个及两个以上；VME接口是两个及两个以上；并且这两个接口越多，处理速度越快，传输效率越高。 数据平面包括数据转发电路和互为备份的两个交叉开关，主要实现数据的转发和交换；控制平面包括由VME接口 、 FC接口和CPU，主要实现数据平面链路的管理。VME和FC接口实现接收数据平面各个链路的控制信息，CPU负责解释处理控制信息，完成数据平面上各链路的建立、维护和删除等管理功能。 交叉开关从类型上分为光交叉开关和电交叉开关，如果采用光交叉开关，则无需光/电和电/光转换器，不受光电器件转换速度的限制，可直接在光路上进行链路的建立、维护和删除等链路管理操作，实现电路交换功能，因此具有结构简单、无需光电转换电路等优点。但是光交叉开关具有端口数量少、体积大、开关时间较长、抗震动和冲击能力不强以及价格昂贵等缺点，不能满足航电系统数据网络军用环境要求。如果采用电交叉开关实现开关网络的交换结构，虽然需要光/电和电/光转换器，但电交叉开关具有端口数量多、体积小、开关时间短、抗震动和冲击能力强和价格相对便宜等优点。综合应用航电系统数据网络军用环境需求、交换延迟、可实现性和价格等综合因素，为了说明本发明的可行性，在实验中采用MindSpeed公司的M21131高性能72X72电交叉开关芯片来实现开关网络模块数据平面的交换功能。M21131提供72 X 72交叉开关矩阵，是无阻塞交叉开关结构，支持单播、组播和广播。图中82C59A、 Local/PCI Bridge、82C54、 BOOT FLASH、应用FLASH、 TM-bus接口 、UART、SRAM以及NVSRAM都是一些功能性接口 ，主要用于配合CPU来控制VME接口 、FC接□。 参见图2，开关网络模块采用两个交叉开关互为备份的方法，实现了链路之间和交叉开关芯片之间的硬件备份，从而实现开关网络模块的容错设计。 可以采用两种方式对交叉开关芯片M21131输入/输出端口进行开启和关闭以实现交叉开关的容错，这两种方式为硬件连线和软件配置。 1.硬件连线M21131有两根全局输入输出端口控制线INDIS和OUTDIS。当INDIS有效时，M21131的所有输入端口处于禁止状态。当OUTDIS有效时，M21131的所有输出端口处于禁止状态。可以利用M21131的这两根控制线来实现两片M21131芯片之间的互为备份。当交叉开关芯片出现故障不能工作时(由可测试电路侦测)，可以控制该交叉开关芯片INDIS和0UTDIS有效，而另一交叉开关芯片的INDIS和0UTDIS无效，从而实现两个交叉开关芯片的容错。 2.软件配置M21131有两类寄存器可以控制输入输出端口的开启和关闭全局端口控制寄存器和单个端口控制寄存器。全局端口控制寄存器和硬件控制线INDIS和0UTDIS的功能一样，控制M21131所有输入输出端口的开启和关闭，我们可以利用全局端口控制寄存器实现两个交叉开关芯片之间的互为备份。M21131每个端口 (含输入/输出端口 )均有一个端口控制寄存器，可以控制该端口的开启和关闭等，我们可以利用单个端口控制寄存器实现链路之间的互为备份。当交叉开关芯片l所有端口工作而交叉开关芯片2所有端口不工作时，开关网络模块链路l的信号经过交叉开关芯片输入端口l和目的输出端口而不经过交叉开关芯片2，当交叉开关芯片l输入端口 l或目的输出端口出现故障，我们可以配置交叉开关芯片1的相关单个端口控制寄存器，使输入端口 l处于禁止状态，配置交叉开关芯片2的相关单个端口控制寄存器，使输入端口 1和目的输出端口处于开启状态，则链路1的信号经过交叉开关芯片2而不经过交叉开关l，从而实现链路间的互为备份。
交叉开关的控制，需要满足可靠性要求，采用命令序列来管理开关网络的光纤链路资源。命令序列由多个命令字组成，命令字由标识号、操作方式、源端地址和目的端地址等字段组成，可以实现点到点、点到多点和环的建立、维护与删除等命令字，以及交叉开关配置的恢复、保存、查询等。命令序列需要按如下序列发送EMC- > LOCK- > EMC- >链路管理命令(如链路的连接和删除、状态查询、测试等)_ > EMC- > UNL0CK。如果命令字不按上面的序列发送或命令字有错误的，开关网络模块通过VME接口和FC接口向命令序列发送者(系统管理者)返回错误类型。连接控制采用"增量式"方式，即CH1、CH3相连后，再增加CH1、 CH4相连，并不改变CH1、 CH3的相连关系。如果CH1、 CH3相连后，再增加CH2、 CH3相连，则CH1、CH3的相连关系自动解除。开关网络模块接收并执行一个命令序列后，将会向系统管理者返回命令序列执行后的结果信息。 参见图3，开关网络模块通过VME接口和FC接口来接收系统管理者发送的命令序列。命令序列需要放入命令序列队列进行排队，每个接口对应多个队列(队列数目可配置)，每个队列的优先级不同。开关网络模块根据命令字ID字段，把命令序列的命令字放入相应的队列中。开关网络模块选择优先级最高的命令序列进行检验，如果命令序列正确，则执行，如果错误，则根据命令字ID字段通过相应接口返回错误信息。在开关网络模块中，维护了一张光纤链路状态表，状态表描述了每个光纤链路的故障信息和配置信息。当命令序列执行时，首先需要查询光纤链路状态表，决定是否需要容错，然后再配置交叉开关。命令序列执行完毕后，根据命令字ID向相应命令序列发送者返回结果信息。
权利要求
一种基于FC网络的开关网络模块，其特征在于所述基于FC网络的开关网络模块包括控制平面以及与控制平面相接的数据平面；所述数据平面内包括容错单元；所述控制平面包括CPU，以及分别接入CPU的VME接口和FC接口；所述数据平面直接与控制平面的CPU相接。
2. 根据权利要求1所述的基于FC网络的开关网络模块，其特征在于所述容错单元包括至少两个交叉开关，所述交叉开关是互为备份的。
3. 根据权利要求2所述的基于FC网络的开关网络模块，其特征在于所述交叉开关是光交叉开关或电交叉开关。
4. 根据权利要求2所述的基于FC网络的开关网络模块，其特征在于所述交叉开关是电交叉开关时，所述容错单元还包括与电交叉开关相接的光/电或电/光转换器。
5. 根据权利要求4所述的基于FC网络的开关网络模块，其特征在于所述光/电或电/光转换器是一个或多个。
6. 根据权利要求3所述的基于FC网络的开关网络模块，其特征在于所述光交叉开关是机械式光交叉开关或非机械式光交叉开关。
7. 根据权利要求6所述的基于FC网络的开关网络模块，其特征在于所述机械式光交叉开关是移动光纤、移动套管、移动准直器、移动反射镜、移动棱镜或移动耦合器。
8. 根据权利要求6所述的基于FC网络的开关网络模块，其特征在于所述非机械式光交叉开关是电光式、磁光式、声光式、热光式、液晶、波导或喷墨气泡。
9. 根据权利要求1-8任一权利要求所述的基于FC网络的开关网络模块，其特征在于所述开关网络模块的工作电压是1. 2V、3. 3V或5V。
10. 根据权利要求9所述的基于FC网络的开关网络模块，其特征在于所述FC接口或VME接口是两个或两个以上。
全文摘要
本发明涉及一种基于FC网络的开关网络模块，包括控制平面以及与控制平面相接的数据平面；数据平面内包括容错单元；控制平面包括CPU，以及分别接入CPU的VME接口和FC接口；数据平面直接与控制平面的CPU相接。本发明提供一种可对开关网络进行容错处理、可高效率对数据进行传输的基于FC网络的开关网络模块。
文档编号G02B6/35GK101771898SQ20081018474
公开日2010年7月7日 申请日期2008年12月31日 优先权日2008年12月31日
发明者杨敬宝, 林清, 王卫东 申请人:中国航空工业第一集团公司第六三一研究所