一種基於soc技術的fc網絡數據監控系統及方法
2023-06-01 05:09:01 3
專利名稱：一種基於soc技術的fc網絡數據監控系統及方法
技術領域：
本發明屬於通信技術領域，涉及一種基於光纖通道協議(Fiber Channel)的通信網絡交換和傳輸技術，具體涉及一種基於SOC技術的FC網絡數據監控系統及方法。
背景技術：
軍用航空電子系統簡稱航電是戰機的「大腦」，它承載了決定戰機性能的通信/導航/識別(CNI)、電子戰等絕大多數任務。隨著戰機任務需求的提高及電子技術的發展，機載電子系統各個功能區內部和功能區之間都存在著各種傳輸要求，對帶寬和傳輸延時的要求越來越高。隨著綜合化的深入，採用統一的光網際網路成為航空電子系統內部互聯的必然趨勢。光纖通道協議是美國國家標準協議委員會(ANSI)下屬的X3T11工作小組制定的一種具有聞速串行能力的傳輸協議，具有聞可罪性、聞帶寬、實時性聞的特點。在眾多的候選標準中，光纖通道協議脫穎而出，成為下一代戰機航空電子系統的互聯標準。光纖通道數據監控系統的功能是對FC機載網絡進行數據的實時顯示和存儲，以及對存儲的數據進行即時分析處理。監控系統不僅可以接收FC交換機發送的FC數據，還可以直接與另一個FC監控系統進行互連。目前的商用光纖通道FC協議分析系統，如國外FINISAR公司、AM公司的產品，只能部分滿足光纖通道數據監控需求，僅支持短時(約幾秒鐘的高速突發數據)的監控和分析，並且需要板載大容量DDR2SDRAM存儲器和工控計算機。通常的FC網絡數據監控方案如圖1所示，包括I個FC數據接口卡模塊、I個Intel多核工控計算機主板和一塊磁碟陣列卡，以及外加一個SATA2磁碟陣列。FC網絡數據通過光纖進入數據接口卡，在FC數據接口卡上經過串並轉換、緩存，經PCI Express總線送入工控計算機，工控計算機通過應用程式實時分析過濾輸入數據，並根據用戶需要，選擇相應的數據通過陣列卡存儲到磁碟陣列。採用上述方案時，為了實時處理高達4Gb/s的FC網絡數據，FC數據接口卡需要大容量的DDR2SDRAM存儲器作為緩存(一般至少1GBYTE);工控主板也必須是高性能的多核主板，才能對輸入數據進行高速監控存儲。上述方案有體積太大，功耗過高，成本高的缺點。
發明內容
為了解決上述技術問題，本發明提供一種基於SOC技術的FC網絡數據監控系統及方法，是一種對FC機載網絡進行數據的實時存儲，以及對存儲的數據進行即時分析、數據包過濾和分類處理的監控系統及方法。通過板載FPGA中設計的嵌入式microblaze處理器啟動DMA傳輸，以及高效率的流水線技術(避免了工控計算機的低效率、高功耗)，完成FC光纖通道接口到磁碟陣列的數據通道高速、無阻塞的轉發數據，實現了高速監控和存儲。既可以在功能上取代通常的FC網絡數據監控方案，又具有節約資源，體現低成本、低功耗、體積小的特點。其技術方案如下:
一種基於SOC技術的FC網絡數據監控系統，包括I塊帶FC光接口和固態硬碟接口(SATA2)的嵌入系統控制板、一個由兩塊固態硬碟組成的磁碟陣列。通過光纖通道進入嵌入系統控制板的FC網絡數據，經過光電變換、串並轉換，由FC協議處理模塊解析得到FC幀格式的數據，以下稱為數據幀。根據數據過濾配置方案的不同，數據幀分為兩種數據流向。第一種數據流向:由FPGA中設計的嵌入式microblaze處理器對輸入的數據巾貞進行分析,選擇相應的數據幀通過固態硬碟接口存儲到磁碟陣列中；第二種數據流向:數據幀先緩存到DDR2SDRAM存儲器，通過中斷信號將指定數據幀從USB3.0接口轉發至用戶處理板。USB3.0接口轉發數據需要單獨的USB控制器晶片進行控制。進一步優選，通過單個大容量FPGA主晶片實現多個固態硬碟的控制和FC光纖通道協議以及USB3.0通信管理，板載FPGA中設計的嵌入式microblaze處理器啟動DMA傳輸(避免了採用專用處理器)，以及高效率的流水線技術(避免了工控計算機的低效率、高功耗)，完成FC光纖通道接口到磁碟陣列的數據通道高速、無阻塞的轉發數據。降低了系統成本和功耗，實現在峰值數據速率(400MByte/s)下的長時間連續存儲的高性能，達到了高速度、低功耗、長時間監控和存儲的應用要求。一種基於SOC技術的FC網絡數據監控方法，包括以下步驟:(I)上電後，FPGA從固態硬碟中加載啟動配置文件和過濾配置文件，解析文件內容，配置啟動條件和數據幀過濾條件；(2)等待啟動幀，當收到啟動幀時，開始記錄經過數據過濾配置方案的數據幀；(3)根據數據過濾配置方案的不同，記錄的數據幀分為兩種數據流向:a、數據幀在數據過濾配置方案I的選擇下，過濾後的數據幀在嵌入式microblaze處理器的控制下，通過固態硬碟接口 SATA2實時地交替存儲至由兩塊固態硬碟構成的磁碟陣列中；b、數據幀在數據過濾配置方案2的選擇下，過濾後的數據幀在DDR2SDRAM控制器的控制下，通過控制器接口緩存到DDR2SDRAM中，最終通過中斷或查詢方式，從USB3.0接口將數據發送到用戶處理板去顯示。本發明的有益效果:本發明的技術方案既能滿足對FC網絡埠的長時間高速監控和存儲的應用需求，又能降低實現成本，不需要昂貴的大容量DDR2SDRAM存儲器以及工控計算機。
圖1為背景技術FC網絡數據監控方案示意圖；圖2為本發明基於SOC技術的FC網絡數據監控系統的原理圖；圖3為本發明一種基於SOC技術的FC網絡數據監控方法的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明的技術方案作進一步詳細地說明。參照圖2，FC網絡數據通過光纖通道進入嵌入系統控制板，經過FC光接口包含的光模塊進行光電變換，得到的串行數據先由FPGA的I/O 口中的ISERDES模塊進行串並轉換，再由FPGA中的FC協議處理模塊根據FC通信協議，得到FC幀格式的數據，以下稱為數據幀。經過FC協議處理模塊解析後的數據幀，根據在FPGA中設計的數據過濾配置方案，分為兩種數據流向。第一種數據流向:數據幀通過一種數據過濾配置方案，由FPGA中設計的嵌入式microblaze處理器對輸入數據進行分析，並根據用戶需要，選擇相應的數據通過固態硬碟接口存儲到磁碟陣列中；第二種數據流向:數據幀通過另一種數據過濾配置方案，先緩存到板載DDR2SDRAM存儲器(緩存容量設置為32MB)，當用戶處理板需要觀察指定數據幀時(指定的FC幀格式的數據由過濾配置方案選擇)，便產生一個中斷信號，通知嵌入系統控制板將指定數據幀轉發至用戶處理板。FPGA先將緩存到DDR2SDRAM中的數據幀取出來，然後通過USB3.0接口將用戶指定的數據幀發送到用戶處理板進行顯示。USB3.0接口轉發數據需要單獨的USB控制器晶片進行控制。實施方式的難點和創新之處是利用FPGA內部豐富的邏輯資源，通過硬體編程，完全基於自主技術和單個FPGA晶片來設計(採用國外現成的商用晶片，智慧財產權受制於人)，實現系統所需FC協議處理模塊、SATA協議處理模塊，以及相應的橋接模塊。利用I/O 口的ISERDES資源設計串並轉換模塊，實現串行數據到並行數據的轉換，通過FC協議處理模塊得到FC幀格式的數據；對軟CPU核編程來實現嵌入式microblaze處理器，避免使用專用處理器，對輸入數據進行分析，控制數據交替存儲到由兩塊固態硬碟構成的磁碟陣列。參照圖3，一種基於SOC技術的FC網絡數據監控方法，包括以下步驟:(I)上電後，FPGA從固態硬碟中加載啟動配置文件和過濾配置文件，解析文件內容，配置啟動條件和數據幀過濾條件；(2)等待啟動幀，當收到啟動幀時，開始記錄經過數據過濾配置方案的數據幀；(3)根據數據過濾配置方案的不同，記錄的數據幀分為兩種數據流向:a、數據幀在數據過濾配置方案I的選擇下，過濾後的數據幀在嵌入式microblaze處理器的控制下，通過固態硬碟接口 SATA2實時地交替存儲至由兩塊固態硬碟構成的磁碟陣列中；b、數據幀在數據過濾配置方案2的選擇下，過濾後的數據幀在DDR2SDRAM控制器的控制下，通過控制器接口緩存到DDR2SDRAM中，最終通過中斷或查詢方式，從USB3.0接口將數據發送到用戶處理板去顯示。以上所述，僅為本發明最佳實施方式，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明披露的技術範圍內，可顯而易見地得到的技術方案的簡單變化或等效替換均落入本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種基於SOC技術的FC網絡數據監控系統，其特徵在於，包括I塊帶FC光接口和固態硬碟接口(SATA2)的嵌入系統控制板、一個由兩塊固態硬碟組成的磁碟陣列，通過光纖通道進入嵌入系統控制板的FC網絡數據，經過光電變換、串並轉換，由FC協議處理模塊解析得到FC幀格式的數據為數據幀，根據數據過濾配置方案的不同，數據幀分為兩種數據流向；第一種數據流向:由FPGA中設計的嵌入式microblaze處理器對輸入的數據巾貞進行分析，選擇相應的數據幀通過固態硬碟接口存儲到磁碟陣列中；第二種數據流向:數據幀先緩存到DDR2SDRAM存儲器，通過中斷信號將指定數據幀從USB3.0接口轉發至用戶處理板。
2.一種基於SOC技術的FC網絡數據監控方法，其特徵在於，包括以下步驟: (1)上電後，FPGA從固態硬碟中加載啟動配置文件和過濾配置文件，解析文件內容，配置啟動條件和數據幀過濾條件； (2)等待啟動幀，當收到啟動幀時，開始記錄經過數據過濾配置方案的數據幀； (3)根據數據過濾配置方案的不同，記錄的數據幀分為兩種數據流向: a、數據幀在數據過濾配置方案I的選擇下，過濾後的數據幀在嵌入式microblaze處理器的控制下，通過固態硬碟接口 SATA2實時地交替存儲至由兩塊固態硬碟構成的磁碟陣列中； b、數據幀在數據過濾配置方案2的選擇下，過濾後的數據幀在DDR2SDRAM控制器的控制下，通過控制器接口緩存到DDR2SDRAM中，最終通過中斷或查詢方式，從USB3.0接口將數據發送到用戶處理板去顯示。
全文摘要
本發明公開了一種基於SOC技術的FC網絡數據監控系統及方法，包括一個基於SOC技術的嵌入系統控制板，包含兩個FC光接口，和與之相連的兩塊固態硬碟，構成一個FC光纖通道接口到磁碟陣列的高速數據處理系統。實現高速度、低功耗、長時間監控和存儲的應用要求。
文檔編號H04L29/08GK103107923SQ20131006077
公開日2013年5月15日 申請日期2013年2月27日 優先權日2013年2月27日
發明者胡鋼, 邱昆, 凌雲, 張品 申請人:成都成電光信科技有限責任公司