一种FC信号和以太网信号的转换方法及装置与流程

本发明属于光纤传输技术领域，具体涉及一种fc信号和以太网信号的转换方法及装置。

背景技术：

fc-ae是一种新型的光纤通道技术，具有高宽带、低延时、高可靠性、高抗干扰性的特点，在航空航天等领域有了较多的使用。符合fc-ae-asm协议的fc网路已作为主干网络应用于航空产品的通信网络系统，为新一代飞机上各子系统之间的互联提供通信支持。

在系统整体设计过程中，采用fc网络作为主干网络时，考虑到子系统内部的各功能模块之间的通信要求、有效数据量及技术成熟度等因素要求，会选用以太网作为子系统内部的局部总线使用。而子系统又需要与fc主干网络进行互联和通信，因此需要提供一种fc总线与以太网网络之间数据相互转发的技术。现有技术中，常常不能实现将以太网网络平滑、流畅的接入到fc网络。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种fc信号和以太网信号的转换方法及装置，用以解决现有技术中无法实现将以太网网络平滑、流畅的接入到fc网络。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

本发明提供了一种fc信号和以太网信号的转换方法，包括如下步骤：

当将以太网数据帧转化为fc数据帧时：

将以太网数据帧进行解析，得到目的mac地址和以太网数据；

根据目的mac地址与fc数据帧地址的对应关系，得到与所述目的mac地址对应的fc数据帧地址；

将以太网数据进行数据组帧，得到fc数据帧；

根据所述fc数据帧地址，将所述fc数据帧进行发送；

当将fc数据帧转化为以太网数据帧时：

将fc数据帧进行解析，得到目的mac地址和fc数据；

根据目的mac地址与以太网端口号的对应关系，得到与所述目的mac地址对应的以太网端口号；

将fc数据进行数据组帧，得到以太网数据帧；

根据所述以太网端口号，将所述以太网数据帧分发至对应的端口。

进一步的，通过第一映射表来存储所述目的mac地址与fc数据帧地址的对应关系，通过第二映射表来存储所述目的mac地址与以太网端口号的对应关系。

进一步的，当将以太网数据帧转化为fc数据帧后，通过冗余设置的两个通道进行发送。

进一步的，当fc数据帧通过两个通道接收后，均经过完整性校验，保留最先通过完整性校验的fc数据帧用于后续处理。

进一步的，还包括链路数据流量控制方法：

在fc端口与以太网端口进行数据转换时，检测以太网端口的数据流量；

将以太网端口的数据流量与设定的数据流量上限值进行比较：

当判断以太网端口的数据流量大于设定的数据流量上限值时，控制触发fc数据反压，使fc端口停止接收数据。

进一步的，通过检测以太网端口缓存的以太网帧数目来检测以太网端口的数据流量。

进一步的，当判断以太网端口的数据流量小于等于设定的数据流量上限值时，fc端口恢复至原始状态。

本发明还提供了一种fc信号和以太网信号的转换装置，包括处理器，所述处理器用于执行指令实现如下方法：

当将以太网数据帧转化为fc数据帧时：

将以太网数据帧进行解析，得到目的mac地址和以太网数据；

根据目的mac地址与fc数据帧地址的对应关系，得到与所述目的mac地址对应的fc数据帧地址；

将以太网数据进行数据组帧，得到fc数据帧；

根据所述fc数据帧地址，将所述fc数据帧进行发送；

当将fc数据帧转化为以太网数据帧时：

将fc数据帧进行解析，得到目的mac地址和fc数据；

根据目的mac地址与端口号的对应关系，得到与所述目的mac地址对应的端口号；

将fc数据进行数据组帧，得到以太网数据帧；

根据所述端口号，将所述以太网数据帧分发至对应的端口。

进一步的，通过第一映射表来存储所述目的mac地址与fc数据帧地址的对应关系，通过第二映射表来存储所述目的mac地址与以太网端口号的对应关系。

进一步的，当将以太网数据帧转化为fc数据帧后，通过冗余设置的两个通道进行发送。

进一步的，当fc数据帧通过两个通道接收后，均经过完整性校验，保留最先通过完整性校验的fc数据帧用于后续处理。

进一步的，还包括链路数据流量控制方法：

在fc端口与以太网端口进行数据转换时，检测以太网端口的数据流量；

将以太网端口的数据流量与设定的数据流量上限值进行比较：

当判断以太网端口的数据流量大于设定的数据流量上限值时，控制触发fc数据反压，使fc端口停止接收数据。

进一步的，通过检测以太网端口缓存的以太网帧数目来检测以太网端口的数据流量。

进一步的，当判断以太网端口的数据流量小于等于设定的数据流量上限值时，fc端口恢复至原始状态。

本发明的有益效果：

本发明的fc信号和以太网信号的转换方法及装置，在将以太网数据帧转化为fc数据帧时，根据存储的目的mac地址与fc数据帧地址的对应关系，可快速将目的mac地址转换为fc数据帧地址；在将fc数据帧转化为以太网数据帧时，根据存储的目的mac地址与以太网端口号的对应关系，可快速将目的mac地址转换为以太网端口号，从而实现多路以太网信号的快速分发。该方法能够将现有的以太网络平滑、流畅的升级到fc网络，具有fc接口的主机可以方便的完成对以太网设备的控制，以太网设备的数据也可以方便的上报到fc主机。

进一步的，在将以太网数据帧转化为fc数据帧后，通过冗余设置的两个通道进行发送。该套冗余传输机制采用先到先收、后到丢弃的机制，在保证数据可靠性传输的基础上，保证数据的唯一性。

附图说明

图1是fc信号和以太网信号的转换装置原理图；

图2是实施例1的fpga功能框图；

图3是以太网数据处理模块功能框图；

图4是数据转换模块功能框图；

图5是实施例2的fpga功能框图。

具体实施方式

实施例1：

为了使现有以太网网络能够平滑升级到fc网络，本发明提供了一种fc信号和以太网信号的转换装置，该装置原理图如图1所示。将系统fc网络与该装置的fc光接口相连，以太网与该装置的以太网接口相连，模块上电即可自动加载逻辑和相应程序，便可实现fc与以太网接口数据的转发功能。

该装置包括fpga芯片、光模块、电源转换芯片和以太网数据处理芯片。该装置能够将两路以太网信号转换成标准fc信号进行点对点传输或通过fc交换机进行传输。

fpga为转换装置的核心处理芯片，用于实现以太网数据和fc数据间的协议转换、状态上报等功能。由于采用fpga设计实现，因此转换接口模块具有功耗低、体积小等特点，设计提供串行接口，易于实现调试、测试及通信配置等功能。这里fpga采用的是xilinxkintex7xc7k325t-ffg676芯片。

以太网数据处理芯片用于进行信号收发，通过gmii接口与fpga交互。这里采用的是marvell的88e1111。

该装置还包括串口模块，该装置可通过串口进行配置，也可通过串口将自身的一些状态信息进行上报。

该装置还包括指示灯模块，包括fc速率指示灯和fc数据接收指示灯，可实时显示当前转换装置的工作状态。其中，fc速率指示灯用于指示当前转换装置的fc接口工作速率，fc数据接收指示灯用于指示当前接收到的数据是来自那一路的fc接口，网络信号指示等用于指示当前有无数据分发等。

以太网到fc数据的转换主要通过fpga芯片实现，如图2所示，fpga芯片包括以太网数据处理模块(图2中包括两个以太网数据处理模块)、数据转换模块、冗余管理模块、fc数据处理模块(图2中为冗余的两路fc数据处理模块)和监控配置模块。

下面对fpga中设计的每个模块做详细的介绍与说明。另外，需说明的是，这里的各个模块是软件模块，而不是实际的硬件结构。

1、以太网数据处理模块

如图3所示，该模块包括接收端缓存模块、接收帧统计模块、mac地址提取模块、发送端缓存模块和发送帧统计模块。

接收端缓存模块将来自外部的以太网数据存储起来，其他模块可通过接收帧统计模块产生的读使能控制信号来从接收端缓存中读取数据。

接收帧统计模块可记录当前接收端缓存中存入的以太网数据帧的个数。当有一帧数据完全写入接收端缓存时，该模块加1；当有一帧数据从接收端缓存中完全读出时，该模块减1。同时，该模块还产生一个接收端缓存读使能控制信号，当统计的缓存中帧数目大于等于1时，读使能控制信号开启，否则读使能控制信号关闭，将不能从接收端缓存中读取数据。

mac地址提取模块将从接收的以太网数据帧中提取出目的mac地址和源mac地址。其中，目的mac地址将传递给下一模块使用，源mac地址将记录在mac地址表中用作当前网口的标识符，通过查询该地址信息可实现以太网信号的正确分发。

发送端缓存模块将来自fpga的以太网数据存储起来，通过发送帧统计模块产生的读使能控制信号来从发送端缓存中逐帧读取数据并发送给外部芯片。

发送帧统计模块可记录当前发送端缓存中存入的以太网数据帧的个数。当有一帧数据完全写入接收端缓存时，该模块加1；当有一帧数据从发动端缓存中完全读出时，该模块减1。同时，该模块还产生一个发送端缓存读使能控制信号，当统计的缓存中帧数目大于等于1时，读使能控制信号开启，否则读使能控制信号关闭，将不能从缓存中读取数据。从而保证数据帧能够完整的逐帧进行发送。

2、数据转换模块

数据转换模块一端将以太网数据帧转换为fc数据帧，另一端将接收的fc数据帧转换为以太网数据帧。如图4所示，数据转换模块包括目的mac地址映射模块、以太网信号获取模块、fc数据帧输出模块、fc数据帧输入模块、以太网信号提取模块、mac地址提取模块和数据分发模块。

目的mac地址映射模块中维护着一张地址映射表，该表中存储着以太网数据帧的目的mac地址与fc数据帧的d_id地址的对应关系，如表1所示。该表可通过外部配置端口进行配置、更新。

表1

通过该表，可根据当前以太网数据帧的目的mac地址，得到与之对应的fc数据帧的d_id地址，用于后续数据交互。

以太网信号获取模块通过检测以太网数据处理模块中的各接收帧统计模块所统计的帧的数目，来判断当前是否有数据需要发送。当有数据需要发送时，以太网信号获取模块控制fc数据帧输出模块开始组帧，并将待发送数据从以太网数据处理模块的接收端缓存模块中读取出来，进行数据发送。

fc数据帧输出模块根据目的mac地址映射应模块中的d_id信号进行数据组帧，并根据以太网信号获取模块的控制信号将以太网数据组装在数据帧的数据域中进行发送。

fc数据帧输入模块接收来自前端模块输出的fc数据帧，并产生各字节的指示信号。

以太网信号提取模块根据输入的数据帧将数据域中的以太网信号输出出来。

mac地址提取模块中维护有一张地址查询表，该表中存储着mac地址与端口的对应关系，如表2所示。该表可通过自动识别以太网源mac的方式自动更新，也可通过外部接口进行查询和更新。

表2

将以太网信号提取模块中输出的以太网信号中的目的mac地址提取出来后，根据该表2，可得到对应的端口号，根据该端口号，控制数据分发模块进行以太网数据的正确分发。

数据分发模块根据mac地址提取模块产生的控制信号将以太网数据分发到正确的端口。

3、监控配置模块

监控配置模块可将当前转换卡的工作状态进行收集，待上报的信息存放在一个存储器中，通过查询相应的地址信息可获取相应上报的内容，其内容可如表3所示。

表3

从表3中可看出，上报内容包括转换装置当前的fc接口工作效率，转发的fc帧数目等。同时，也可通过串口对内部工作状态进行配置。例如，手动更新mac地址与fc的d_id信息的配置表以及选择fc光链路的工作速率等。

4、冗余管理模块

为了确保光纤通道的可靠性，fc物理层采用双通道互为备份的冗余模式。因此，在fpga内部需要提供冗余管理模块。冗余管理模块在fc节点卡中起到发送端口和接收端口两个数据帧方向的冗余控制。

在fc节点卡正常工作模式下，在发送数据帧方向，冗余管理模块接收到发送缓存模块发送过来的数据帧，按照数据帧内部发送a、b网络的标示，把数据帧通过两个不同的fcmac控制器发送到网卡外部。在接收数据帧方向，冗余管理模块首先对fc数据帧进行完整性校验，确认有效的帧才能进行接收。当两个通道的数据帧都通过完整性校验时，冗余管理模块优先接收最先到达的fc数据帧，并同时将后到达的数据丢弃，也即采用一种“先到先收、后到丢弃”的机制，以保证数据的可靠且唯一。

5、fc数据处理模块

fc数据处理模块由光电收发器、gtx(高速串行收发器)及fc_ip核等实现。通过光电收发器实现fc电信号至光信号的转换；serdes基于fpga的gtx，实现fc信号的串/并转换、8b/10b编码、时钟恢复以及crc校验等功能；采用fcmac协议ip核处理fc链路原语信号及原语序列，实现对fc数据帧的解析和封装。

实施例2：

与实施例1不同的是，如图5所示，该实施例中fpga还包括以太网数据缓存监控模块和fc信用反压控制模块。

增加了这两个模块以后，以太网数据缓存监控模块可用来检测并存储以太网缓存的状态信息(即以太网端口的数据流量)，并能够实时将各缓存的状态信息与对应的设定的数据流量上限值作比较，当判断以太网端口的数据流量大于设定的数据流量上限时，通过fc信用反压控制模块来触发fc数据反压，以实现fc端口停止接收数据。该方法不是在达到fc数据带宽的上限时再触发fc数据反压，而是在以太网的数据流量较大时，便控制fc不再接收数据，防止数据丢包的现象发生，从源头上防止数据丢包的现象发生，提高了数据传输的可靠性。

1、以太网数据缓存监控模块

该模块能够将所有以太网缓存的状态收集起来，即以太网的数据流量，具体可通过以太网帧数目来表现；并可实时将各缓存的状态与对应的设定的数据流量上限值进行比较。为了将这些信息清晰的展示出来，该模块中维护着一张缓存状态表，存储着收集的各缓存的状态以及各缓存比较的结果。该表可如表4所示。

表4

若某个缓存的数据存储量超过该存储对应的设定的数据流量上限值时，将该缓存对应的状态信息置为高，并通知fc信用反压控制模块。

2、fc信用反压控制模块

fc信用反压控制模块能够实时监控来自以太网缓存监控模块中各缓存对应的状态信息，根据该状态信息来控制fc端口的信用值。

若检测到以太网缓存的状态信息为高，即该缓存超过设定的数据流量上限时，则将当前端口的信用值置为0，fc端口停止数据的收发；若检测到以太网缓存的状态信息为低，即该缓存不再超过设定的数据流量上限时，将当前端口的信用值恢复至初始化状态。

该fpga所包括的其余模块，包括以太网数据处理模块、数据转换模块、监控配置模块、冗余管理模块、fc数据处理模块，皆与实施例1中所设计的相同，这里不再赘述。