專利名稱：基于fc網(wǎng)絡的開關網(wǎng)絡模塊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種開關網(wǎng)絡模塊，尤其涉及一種基于FC網(wǎng)絡的開關網(wǎng)絡模塊。
背景技術：
航空電子是研究電子技術在航空工程中應用的學科，它隨著計算機、數(shù)字通信和
微電子等技術的發(fā)展而飛速發(fā)展。隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭環(huán)境日益復雜化，態(tài)勢估計、預警、戰(zhàn)場指
揮等作戰(zhàn)任務越來越需要高性能航空電子系統(tǒng)的支持，飛機對航空電子系統(tǒng)的依賴性越來
越大，航空電子系統(tǒng)已經(jīng)成為提高軍用飛機性能最主要、最有效的手段之一。 航空電子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡完成航空電子系統(tǒng)中所有部件之間的數(shù)據(jù)傳輸，是現(xiàn)代
航空電子系統(tǒng)的"骨架"?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭戰(zhàn)場態(tài)勢瞬息萬變，作戰(zhàn)時機稍縱即逝，來自海、陸、空、
天、地的各種信息只有得到及時傳輸和處理，飛行員才能快速準確地掌握最新戰(zhàn)場態(tài)勢，才
能進行迅速有效的作戰(zhàn)行動。因此，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的性能成為影響航空電子系統(tǒng)性能的決定因
素之一，在航空電子系統(tǒng)中占有越來越重要的地位。 航空電子系統(tǒng)(航電系統(tǒng))的發(fā)展促進了航電數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的發(fā)展，而航電數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的發(fā)展則為航電系統(tǒng)的發(fā)展提供了技術支持。因此，研究和掌握航電數(shù)據(jù)網(wǎng)絡技術對提高軍用飛機的性能具有重要而深遠的意義。 按照目前國內外公認的定義，航電系統(tǒng)至今已經(jīng)歷了分立式、聯(lián)合式、綜合化和先進綜合化的四代發(fā)展歷程。第一代為分立式航電系統(tǒng)，各分系統(tǒng)相互獨立，具有各自的傳感器、控制器、顯示器和專用的模擬式計算機，每個分系統(tǒng)只完成單一的特定功能。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡是簡單的點到點連接，信息僅在本系統(tǒng)內流動，系統(tǒng)之間不能進行數(shù)據(jù)傳輸。分立式航電系統(tǒng)是分散式的結構形式；第二代為聯(lián)合式航電系統(tǒng)采用集中控制、分布處理的層次型結構形式，整個航電系統(tǒng)按功能分層。該系統(tǒng)的資源共享只在后端的控制和顯示環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(1553B)的傳輸速率(1Mbps)較低；第三代為綜合化航電系統(tǒng)，主要缺點是網(wǎng)絡類型過多，網(wǎng)絡協(xié)議的轉換降低了數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的性能和可靠性；第四代為先進綜合化航電系統(tǒng)，其突出特點是綜合程度高。 但是，不管是以上4代航電系統(tǒng)中的任何一種，每一代航電系統(tǒng)的結構主要取決
于當時的作戰(zhàn)需要和技術水平，并受到計算機、數(shù)字通信、微電子和軟件等技術強有力的推
動和制約，無法實現(xiàn)點到點、環(huán)和交換拓撲結構的便利轉化。FC(Fibre Channel)網(wǎng)絡以其
高速率、低延遲、高可靠性和成熟的商用技術等優(yōu)點而備受目前航電系統(tǒng)的青睞。 開關網(wǎng)絡模塊是新一代航電系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)交換過程中的重要組成部分，然
而基于FC網(wǎng)絡而進行設計的開關網(wǎng)絡模塊尚未有國內外文獻報道。

發(fā)明內容
為了解決背景技術中存在的上述技術問題，本發(fā)明提供一種可對開關網(wǎng)絡進行容錯處理、可高效率對數(shù)據(jù)進行傳輸?shù)幕贔C網(wǎng)絡的開關網(wǎng)絡模塊。 本發(fā)明的技術解決方案是本發(fā)明提供了一種基于FC網(wǎng)絡的開關網(wǎng)絡模塊，其特
3殊之處在于所述基于FC網(wǎng)絡的開關網(wǎng)絡模塊包括控制平面以及與控制平面相接的數(shù)據(jù)
平面；所述數(shù)據(jù)平面內包括容錯單元；所述控制平面包括CPU,以及分別接入CPU的VME接
口和FC接口 ；所述數(shù)據(jù)平面直接與控制平面的CPU相接。 上述容錯單元包括至少兩個交叉開關，所述交叉開關是互為備份的。 上述交叉開關是光交叉開關或電交叉開關。 上述交叉開關是電交叉開關時，所述容錯單元還包括與光交叉開關相接的光/電或電/光轉換器。 上述光/電或電/光轉換器是一個或多個。 上述光交叉開關是機械式光交叉開關或非機械式光交叉開關。 上述機械式光交叉開關是移動光纖、移動套管、移動準直器、移動反射鏡、移動棱
鏡或移動耦合器。 上述非機械式光交叉開關是電光式、磁光式、聲光式、熱光式、液晶、波導或噴墨氣泡。 上述開關網(wǎng)絡模塊的工作電壓是1. 2V、3. 3V或5V。
上述FC接口或VME接口是兩個或兩個以上。
本發(fā)明的優(yōu)點是 1、可對開關網(wǎng)絡進行容錯處理。本發(fā)明由于在數(shù)據(jù)平面中采用開關網(wǎng)絡模塊采用兩個交叉開關互為備份，實現(xiàn)了鏈路之間和交叉開關芯片之間的硬件備份，從而實現(xiàn)開關網(wǎng)絡模塊的容錯設計。 2、可高效率對數(shù)據(jù)進行傳輸。本發(fā)明所提供的開關網(wǎng)絡模塊采用控制鏈路和數(shù)據(jù)鏈路具有各自獨立物理介質的實現(xiàn)方式，利用兩個VME接口和兩個FC接口來實現(xiàn)所有48路鏈路控制信息的傳送。 一方面，控制信息比數(shù)據(jù)信息少，控制鏈路可以采用速率較低、成本較低的物理介質來實現(xiàn)，如標準總線；數(shù)據(jù)鏈路應采用速率較高的物理介質來實現(xiàn)，如光纖。另一方面，控制平面和數(shù)據(jù)平面的功能分配比較清晰，數(shù)據(jù)平面無需實現(xiàn)較多的功能，可以進行更快的數(shù)據(jù)轉發(fā)。


圖1本發(fā)明較佳結構示意圖； 圖2為本發(fā)明所提供的容錯單元結構示意圖； 圖3為本發(fā)明所提供的交叉開關控制流程示意圖。
具體實施例方式
參見圖l，本發(fā)明提供了一種基于FC網(wǎng)絡的開關網(wǎng)絡模塊，該基于FC網(wǎng)絡的開關網(wǎng)絡模塊包括控制平面以及與控制平面相接的數(shù)據(jù)平面；數(shù)據(jù)平面內包括容錯單元；控制平面包括CPU，以及分別接入CPU的VME接口和FC接口 ；數(shù)據(jù)平面直接與控制平面的CPU相接。 容錯單元包括至少兩個交叉開關，該交叉開關是互為備份的。交叉開關是光交叉開關或電交叉開關；當交叉開關是電交叉開關時，容錯單元還包括與光交叉開關相接的光/電或電/光轉換器，與每個交叉開關相接的光/電或電/光轉換器可以是一個或多個。光交叉開關可以是機械式光交叉開關或非機械式光交叉開關。該機械式光交叉開關可以是移
動光纖、移動套管、移動準直器、移動反射鏡、移動棱鏡或移動耦合器。非機械式光交叉開關
可以是電光式、磁光式、聲光式、熱光式、液晶、波導或噴墨氣泡。 本發(fā)明所提供的開關網(wǎng)絡模塊的工作電壓是1. 2V、3. 3V或5V。 FC接口是兩個及兩個以上；VME接口是兩個及兩個以上；并且這兩個接口越多，處理速度越快，傳輸效率越高。 數(shù)據(jù)平面包括數(shù)據(jù)轉發(fā)電路和互為備份的兩個交叉開關，主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉發(fā)和交換；控制平面包括由VME接口 、 FC接口和CPU，主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)平面鏈路的管理。VME和FC接口實現(xiàn)接收數(shù)據(jù)平面各個鏈路的控制信息，CPU負責解釋處理控制信息，完成數(shù)據(jù)平面上各鏈路的建立、維護和刪除等管理功能。 交叉開關從類型上分為光交叉開關和電交叉開關，如果采用光交叉開關，則無需光/電和電/光轉換器，不受光電器件轉換速度的限制，可直接在光路上進行鏈路的建立、維護和刪除等鏈路管理操作，實現(xiàn)電路交換功能，因此具有結構簡單、無需光電轉換電路等優(yōu)點。但是光交叉開關具有端口數(shù)量少、體積大、開關時間較長、抗震動和沖擊能力不強以及價格昂貴等缺點，不能滿足航電系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡軍用環(huán)境要求。如果采用電交叉開關實現(xiàn)開關網(wǎng)絡的交換結構，雖然需要光/電和電/光轉換器，但電交叉開關具有端口數(shù)量多、體積小、開關時間短、抗震動和沖擊能力強和價格相對便宜等優(yōu)點。綜合應用航電系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡軍用環(huán)境需求、交換延遲、可實現(xiàn)性和價格等綜合因素，為了說明本發(fā)明的可行性，在實驗中采用MindSpeed公司的M21131高性能72X72電交叉開關芯片來實現(xiàn)開關網(wǎng)絡模塊數(shù)據(jù)平面的交換功能。M21131提供72 X 72交叉開關矩陣，是無阻塞交叉開關結構，支持單播、組播和廣播。圖中82C59A、 Local/PCI Bridge、82C54、 BOOT FLASH、應用FLASH、 TM-bus接口 、UART、SRAM以及NVSRAM都是一些功能性接口 ，主要用于配合CPU來控制VME接口 、FC接□。 參見圖2，開關網(wǎng)絡模塊采用兩個交叉開關互為備份的方法，實現(xiàn)了鏈路之間和交叉開關芯片之間的硬件備份，從而實現(xiàn)開關網(wǎng)絡模塊的容錯設計。 可以采用兩種方式對交叉開關芯片M21131輸入/輸出端口進行開啟和關閉以實現(xiàn)交叉開關的容錯，這兩種方式為硬件連線和軟件配置。 1.硬件連線M21131有兩根全局輸入輸出端口控制線INDIS和OUTDIS。當INDIS有效時，M21131的所有輸入端口處于禁止狀態(tài)。當OUTDIS有效時，M21131的所有輸出端口處于禁止狀態(tài)?？梢岳肕21131的這兩根控制線來實現(xiàn)兩片M21131芯片之間的互為備份。當交叉開關芯片出現(xiàn)故障不能工作時(由可測試電路偵測)，可以控制該交叉開關芯片INDIS和0UTDIS有效，而另一交叉開關芯片的INDIS和0UTDIS無效，從而實現(xiàn)兩個交叉開關芯片的容錯。 2.軟件配置M21131有兩類寄存器可以控制輸入輸出端口的開啟和關閉全局端口控制寄存器和單個端口控制寄存器。全局端口控制寄存器和硬件控制線INDIS和0UTDIS的功能一樣，控制M21131所有輸入輸出端口的開啟和關閉，我們可以利用全局端口控制寄存器實現(xiàn)兩個交叉開關芯片之間的互為備份。M21131每個端口 (含輸入/輸出端口 )均有一個端口控制寄存器，可以控制該端口的開啟和關閉等，我們可以利用單個端口控制寄存器實現(xiàn)鏈路之間的互為備份。當交叉開關芯片l所有端口工作而交叉開關芯片2所有端口不工作時，開關網(wǎng)絡模塊鏈路l的信號經(jīng)過交叉開關芯片輸入端口l和目的輸出端口而不經(jīng)過交叉開關芯片2，當交叉開關芯片l輸入端口 l或目的輸出端口出現(xiàn)故障，我們可以配置交叉開關芯片1的相關單個端口控制寄存器，使輸入端口 l處于禁止狀態(tài)，配置交叉開關芯片2的相關單個端口控制寄存器，使輸入端口 1和目的輸出端口處于開啟狀態(tài)，則鏈路1的信號經(jīng)過交叉開關芯片2而不經(jīng)過交叉開關l，從而實現(xiàn)鏈路間的互為備份。
交叉開關的控制，需要滿足可靠性要求，采用命令序列來管理開關網(wǎng)絡的光纖鏈路資源。命令序列由多個命令字組成，命令字由標識號、操作方式、源端地址和目的端地址等字段組成，可以實現(xiàn)點到點、點到多點和環(huán)的建立、維護與刪除等命令字，以及交叉開關配置的恢復、保存、查詢等。命令序列需要按如下序列發(fā)送EMC- > LOCK- > EMC- >鏈路管理命令(如鏈路的連接和刪除、狀態(tài)查詢、測試等)_ > EMC- > UNL0CK。如果命令字不按上面的序列發(fā)送或命令字有錯誤的，開關網(wǎng)絡模塊通過VME接口和FC接口向命令序列發(fā)送者(系統(tǒng)管理者)返回錯誤類型。連接控制采用"增量式"方式，即CH1、CH3相連后，再增加CH1、 CH4相連，并不改變CH1、 CH3的相連關系。如果CH1、 CH3相連后，再增加CH2、 CH3相連，則CH1、CH3的相連關系自動解除。開關網(wǎng)絡模塊接收并執(zhí)行一個命令序列后，將會向系統(tǒng)管理者返回命令序列執(zhí)行后的結果信息。 參見圖3，開關網(wǎng)絡模塊通過VME接口和FC接口來接收系統(tǒng)管理者發(fā)送的命令序列。命令序列需要放入命令序列隊列進行排隊，每個接口對應多個隊列(隊列數(shù)目可配置)，每個隊列的優(yōu)先級不同。開關網(wǎng)絡模塊根據(jù)命令字ID字段，把命令序列的命令字放入相應的隊列中。開關網(wǎng)絡模塊選擇優(yōu)先級最高的命令序列進行檢驗，如果命令序列正確，則執(zhí)行，如果錯誤，則根據(jù)命令字ID字段通過相應接口返回錯誤信息。在開關網(wǎng)絡模塊中，維護了一張光纖鏈路狀態(tài)表，狀態(tài)表描述了每個光纖鏈路的故障信息和配置信息。當命令序列執(zhí)行時，首先需要查詢光纖鏈路狀態(tài)表，決定是否需要容錯，然后再配置交叉開關。命令序列執(zhí)行完畢后，根據(jù)命令字ID向相應命令序列發(fā)送者返回結果信息。
權利要求
一種基于FC網(wǎng)絡的開關網(wǎng)絡模塊，其特征在于所述基于FC網(wǎng)絡的開關網(wǎng)絡模塊包括控制平面以及與控制平面相接的數(shù)據(jù)平面；所述數(shù)據(jù)平面內包括容錯單元；所述控制平面包括CPU，以及分別接入CPU的VME接口和FC接口；所述數(shù)據(jù)平面直接與控制平面的CPU相接。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基于FC網(wǎng)絡的開關網(wǎng)絡模塊，其特征在于所述容錯單元包括至少兩個交叉開關，所述交叉開關是互為備份的。
3. 根據(jù)權利要求2所述的基于FC網(wǎng)絡的開關網(wǎng)絡模塊，其特征在于所述交叉開關是光交叉開關或電交叉開關。
4. 根據(jù)權利要求2所述的基于FC網(wǎng)絡的開關網(wǎng)絡模塊，其特征在于所述交叉開關是電交叉開關時，所述容錯單元還包括與電交叉開關相接的光/電或電/光轉換器。
5. 根據(jù)權利要求4所述的基于FC網(wǎng)絡的開關網(wǎng)絡模塊，其特征在于所述光/電或電/光轉換器是一個或多個。
6. 根據(jù)權利要求3所述的基于FC網(wǎng)絡的開關網(wǎng)絡模塊，其特征在于所述光交叉開關是機械式光交叉開關或非機械式光交叉開關。
7. 根據(jù)權利要求6所述的基于FC網(wǎng)絡的開關網(wǎng)絡模塊，其特征在于所述機械式光交叉開關是移動光纖、移動套管、移動準直器、移動反射鏡、移動棱鏡或移動耦合器。
8. 根據(jù)權利要求6所述的基于FC網(wǎng)絡的開關網(wǎng)絡模塊，其特征在于所述非機械式光交叉開關是電光式、磁光式、聲光式、熱光式、液晶、波導或噴墨氣泡。
9. 根據(jù)權利要求1-8任一權利要求所述的基于FC網(wǎng)絡的開關網(wǎng)絡模塊，其特征在于所述開關網(wǎng)絡模塊的工作電壓是1. 2V、3. 3V或5V。
10. 根據(jù)權利要求9所述的基于FC網(wǎng)絡的開關網(wǎng)絡模塊，其特征在于所述FC接口或VME接口是兩個或兩個以上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于FC網(wǎng)絡的開關網(wǎng)絡模塊，包括控制平面以及與控制平面相接的數(shù)據(jù)平面；數(shù)據(jù)平面內包括容錯單元；控制平面包括CPU，以及分別接入CPU的VME接口和FC接口；數(shù)據(jù)平面直接與控制平面的CPU相接。本發(fā)明提供一種可對開關網(wǎng)絡進行容錯處理、可高效率對數(shù)據(jù)進行傳輸?shù)幕贔C網(wǎng)絡的開關網(wǎng)絡模塊。
文檔編號G02B6/35GK101771898SQ20081018474
公開日2010年7月7日 申請日期2008年12月31日 優(yōu)先權日2008年12月31日
發(fā)明者楊敬寶, 林清, 王衛(wèi)東 申請人:中國航空工業(yè)第一集團公司第六三一研究所