基于cPCI总线的高速数据光纤传输系统实现

       高速数据传输系统设计的关键是主机接口卡的设计与实现。传统的做法是采用分立元件，由若干个模块构成。大多数的设计都类似于如下结构^[1]：接口的主要功能模块包括光电信号转换接口（O/E和E/O）、串行化和解串行化模块(TX和RX)、数据缓存F I F O 、c PCI 控制器和可编程逻辑模块(FPGA或CPLD)或DSP。各模块中O/E和E/O 实现光纤通道串行光信号和串行电信号之间的相互转换。

       TX和RX 实现将串行电信号和并行电信号的相互转换功能。F I F O 主要实现光纤通道和cPCI 之间信号的缓冲。cPCI 控制器实现FIFO 输出的信号与32 位标准cPCI 信号的转换。FPGA或CPLD负责各模块之间的时序协调和传输控制。分析以上方案可见，各模块功能都是由分立芯片完成的。这样各芯片间的互连势必会影响传输速率，也将使PCB板的布局布线变得复杂，使传输延时增大，进一步降低传输速率。而随着FPGA(Field Programmable Gate Array)技术的不断发展，其容量、功能、可靠性以及响应速度都在不断的提高。用一片FPGA完全可以实现计算机与光纤通道之间的数据传输与处理。鉴于此，本论文的设计将用一片FPGA来实现串行信号与并行信号的相互转换、数据缓冲以及时序协调和传输控制等以前用分立元件实现的功能。

      2．系统原理及实现

      本系统由两台PC机、两块接口卡及一根光纤组成。系统设计关键是基于cPCI总线的接口卡。接口卡采用标准的3U板设计，由总线控制器芯片、可编程逻辑控制器、光电转换驱动器等组成。其结构框图如下图所示。

          图1  系统原理图

       本系统设计的目的是应用于雷达数据的传输，主要解决点对点的数据传输问题。为了高速、可靠的传输雷达信号，决定采用光纤作为传输媒介，充分利用光纤传输损耗小、抗干扰能力强、传输速率高等优点。其工作流程是这样的：发送端PC机通过cPCI接口将要发送的数据送入FPGA，FPGA对数据信号进行驱动并实现数据缓冲、并串转换等所必需的信号处理过程后形成串行信号，串行电信号经电光转换器转换成串行光信号送入光纤进行传输。在接收端，经光电转换器将光信号转换成串行电信号送入FPGA，FPGA对数据信号进行驱动并实现串并转换、数据缓冲等所必需的信号处理过程，然后通过cPCI接口进入PC机进行存储以待分析处理。设计主要分为硬件设计和软件设计两部分。

        一、硬件设计部分

       笼统来说，本设计主要是要完成主机接口的实现。主机接口是实现高速数据传输和数据存储的一个关键环节。主要完成高速数据流的信号转换，实现数据在主机上的存储，同时减少CPU对存储过程的干预。CompactPCI简称cPCI，是国际PICMG协会于1994年提出来的一种总线接口标准。<%