[发明专利]FPGA可配置的光纤网络数据卡

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通信传输技术领域，具体说是一种光纤通信测量、控制或信号传输数据接口装置。

背景技术

光纤通信，是利用光导纤维传输信号，以实现信息传递的一种通信方式。一对单模光导纤维可以同时开通35000个电话，和电通信相比具有传输频带宽、传输损耗低、损耗均匀且不受温度的影响、抗干扰能力强、保真度高、信号保密度高、工作可靠度高等特点，其采用的高速串行能力的传输协议，具有高可靠性、高带宽、实时性高的特点。随着光纤技术的进步，特别是无水峰的全波窗口光纤的发展，从1280nm到1625nm的广阔的光频范围内，都能实现低损耗、低色散传输，传输容量呈几百倍、几千倍甚至上万倍的增长。同时光纤通信采用点对点、星形、链状、环形网络拓扑结构，中间设备少，不需要进行复杂的协议转换。正是如此，光纤通信系统逐渐成为主流通信系统。

目前,我国已经建成以光纤网络为基础的骨干网和城域网。随着本地光纤网络和3G或者4G移动通信光纤网络建设的推进，我国的光纤通信领域还有很大的发展空间。

波分复用(WDM)和波长转换技术是光纤通信的核心技术。波分复用(WDM)是将两种或多种不同波长的光载波信号在发送端经复用器(Multiplexer)汇合在一起，并耦合到光纤通信线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器(Demultiplexer)将各种波长的光载波信号分离，再由光接收机作进一步处理以恢复原信号。波长转换技术是将从波分复用终端或其他设备来的光信号进行转换，将非匹配波长上的光信号转到符合要求的波长上，从而实现信号从一个波长向另一个波长的转换。在含有波长转换的网络中，光通道能通过在不同的链路上用不同的波长建立，从而大大提高网络的灵活性，消除光通道的波长冲突，有利于网络的运行、管理和维护。

光纤通信系统不仅包括基础的硬件系统，还包括监控管理系统，其主要功能是对组成光纤通信系统的各种连接设备进行性能和工作状态的监测，发生故障时会自动告警并予以处理，对保护倒换系统实行自动控制。同时它还可以实现对数据的实时显示和存储，以及对存储的数据进行即时分析处理。监控管理系统不仅可以接收光端机发送的光纤通道数据，还可以直接与另一个光纤网络终端进行互连。

光纤通信系统的运行和监控功能主要是通过光纤通道数据接口卡来实现。光纤通道数据接口卡的系统功能和电路逻辑比较复杂，需要较多的可配置逻辑块。这种可配置性主要通过FPGA现场可编程门阵列来实现，设计工程师利用FPGA上的资源将许多系统功能配置到器件的逻辑电路上，缩减系统电路板上的电路数量，设计工程师还可以利用FPGA的可配置特性来更改逻辑以增加或移除功能、修补逻辑漏洞或者改善性能。

光纤通道数据接口卡采用的FPGA现场可编程门阵列包括光纤通道数据处理模块、数据缓存、和计算机连接的总线控制模块、光纤通道数据存储卡工作状态寄存器组。其中设计工程师可对光纤通道数据处理模块、和计算机连接的总线控制模块进行配置，通过配置调整实现逻辑，使各个模块处于最佳的工作状态，增加FPGA各模块工作的协调性和稳定性，进而提高FPGA的整体性能。还通过配置光纤通道数据接口卡，来适应所在的光线通道网络，消除实际应用中发现的问题，从而最大程度地满足光纤网络的运行和监测需求。

目前的光纤通道数据接口卡主要用于特定的数据采集行业中，主要有采用单片机MCU为控制核心的光纤通道数据接口卡，和采用FPGA和PCI总线的光纤通道数据接口卡，这两种光纤通道数据接口卡对于单个设备、小容量的数据采集或者监控基本够用了，但是面对大容量、高速度、高保真的光纤网络，这两种光纤通道数据接口卡就无法胜任了，同时现有的光纤通道数据接口卡配置能力较弱，仅能实现简单的配置。

发明内容

为了克服现有技术在采用光纤通道数据接口卡来监控和仿真光纤网络时，采用单片机MCU为控制核心的光纤通道数据接口卡根本不适合高速光纤网络的数据采集任务，采用PCI总线为接口的光纤通道数据接口卡，其数66MHZ的数据带宽，无法满足光纤网络GHZ的带宽需求，只能执行简单的数据采集作业，无法实现光纤网络的监控和仿真作业，同时现有的光纤通道数据接口卡配置能力较弱，仅能实现简单的配置。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：