[发明专利]一种基于PCIE采集板卡的SDH协议信号分析平台

摘要

本发明涉及一种基于PCIE采集板卡的SDH协议信号分析平台，基于PCIE采集板卡数据采集功能，将SDH光纤信号通过光口接入后应用层软件配置开销提取模式，通过PCIE板上FPGA提取SDH信号的开销，通过PCIE数据传输通道，将开销数据高速上传给应用层软件，通过应用层软件的协议解析算法实现对SDH光纤信号的帧结构拓扑图的分析和展示输出；应用层软件配置数据分析模式，通过PCIE传输通道将SDH数据传输到应用层软件，通过应用层软件的协议内容解封装算法分析出GFP及POS封装里面承载的以太网数据，并落盘为pcap文件。利用python实现解析算法，给用户呈现SDH帧结构信息及解封装的以太网数据信息。

主权项

1.一种基于PCIE采集板卡的SDH协议信号分析平台，其特征在于：本SDH信号协议分析平台包括一个便携式主机，便携式主机中安装了centos操作系统，并带有支持PCIEx8的插槽，PCIE板卡插入主机的PCIE插槽中，PCIE板卡上带有4个SFP+万兆光纤接口，通过插入光模块并接上光纤输入SDH光纤信号，板上带有一个FPGA，FPGA 的型号为Kintex XC7K325T‑2FFG900I,用来管理输入的光纤数据，以及与PC的4个传输通道，四个传输通道包括两个FPGA芯片数据发送通道C2H0和C2H1及FPGA芯片数据接收通道H2C0和H2C1,板上还包含JTAG烧写模块，DDR3存储模块，PWR电源模块；PC主机中部署了PCIE驱动层程序以及应用层算法程序，通过与FPGA进行开销模式及数据传输模式的配置，使FPGA将从光纤上接入的SDH数据进行开销提取模块或数据采集上传模块将数据通过C2H通道传输到PC软件应用层，通过应用层的开销分析算法或解封装算法模块进行SDH信号分析，输出SDH的帧结构拓扑图或以太网数据信息的pcap存储文件，完成对SDH信号的全面分析；其中各个模块的实现流程及算法步骤如下:1.PCIE驱动层对FPGA的模式配置及传输通道实现，PCIE驱动层软件模块为实现对FPGA的不同模式的配置与FPGA定义协议接口，通过PCIE的用户空间寄存器的配置来实现开销模式或数据传输模式的配置，若配置为开销模式则通过C2H通道利用PCIE驱动层接收数据接口接收开销数据到应用层内存空间并落盘存储数据文件，若配置为数据传输模式，则FPGA直接将数据通过C2H通道传输到应用层内存空间并落盘存储数据文件；2.Python应用层软件对SDH的帧结构分析算法，当FPGA配置为开销模式，FPGA将SDH的POH开销分别打上标签，标识出该开销类型和所属高低阶时隙，开销数据通过C2H通道传输到应用层内存空间，Python应用层软件解析开销数据，通过分析POH开销中的信号标签C2值，若C2值不为0x02，则根据高阶封装信号标签对应表来识别不同封装类型，当C2值为0x1b时，则为GFP封装，当C2值为0x16则为POS封装；若C2值为0x02，则分析VC‑3的帧结构中POH开销获取C2值，若C2值不为0x02,则识别VC‑3的封装类型，若C2值为0x02，则分析低阶VC‑12的开销，识别低阶VC‑12的封装类型，最后将各级识别的封装类型显示在应用软件的界面上，展示SDH信号的帧结构的拓扑图；其中SDH帧结构分析算法的高阶和低阶开销分析模块实现方法如下:1）高阶VC‑4开销分析，高阶VC‑4开销分析需要对SDH信号数据进行解间插复用，将各时隙数据提取出来，求取VC‑4级别的指针值，根据指针值情况进行9*261的STM‑1的数据提取，并根据指针值的正负调整对数据进行相应剔除和扣取，得到调整后的各时隙的STM‑1的数据，分别提取第一列数据即为POH开销，取第一列的第3行数据即为C2值，同时获取H4及J1等开销数据；2）高阶VC‑3开销分析，高阶VC‑3开销分析，由于一个STM‑1的数据是由3个VC‑3的数据间插复用来组成，解间插复用之后获取指针值，并根据指针值对数据进行指针调整获取POH开销，获取C2值；3）低阶VC‑12开销分析，低阶VC‑12开销分析，由于一个STM‑1的数据是由63个VC‑12的数据间插复用组成，解间插复用之后得到一个VC‑12数据，获取低阶开销指针值，获取K4/V5/J2开销，其中根据多帧的K4值分析复帧结构，根据同步bit位来获取32bit的复帧信息bit位，抠取信号类型标签，根据信号类型标签对照表来识别不同封装类型；3.Python应用层软件对SDH的GFP解封装算法，针对抠取出的GFP数据流，开始逐4字节进行CRC16校验，前两字节净荷长度指示符算出的CRC16校验值与后两字节的核心HEC字段值进行对比，若相等，则定帧，根据净荷长度指示符PTI来获取该GFP帧的数据长度，获取一帧GFP数据，对该GFP数据出去核心包头之外的数据字节进行1+x^43自同步解扰，解扰后获取净荷报头，对净荷报头中的净荷字段进行解析，判断出净荷类型识别PTI是否等于0及用户净荷识别符UPI是否等于1，若同时满足两个条件，则GFP封装中承载的是以太网信息，抠取以太网信息，并判断链路类型linktype，存储成pcap以太网包文件；4.Python应用层软件对SDH的POS解封装算法，针对SDH的POS封装，由于其在SDH中的表现形式是相邻级联，所以将判断为POS封装的级联时隙的数据整体进行1+x^43自同步解扰操作，还原出POS封装的原始数据，针对POS封装协议，有效以太网数据包含在固定标识字段0x7e之间，以0x7e起始和结束，但0x7e之间也可能为无效的0x7e来填充，所以设计了状态机算法来获取真正意义的0x7e的起始和结束位置，从获取的第一个0x7e起始位置开始设为状态1，当状态1下从0x7e数据进入第一个非0x7e数据标识则进入状态2，当当前是状态2情况下，从非0x7e数据进入第一个0x7e数据则认为当前0x7e结束位置和开始位置之间的数据为以太网数据，截取以太网数据，并存储为pcap包，同时恢复到状态1进行下一次搜索。