0 导言
FC(光纤通道，是Fiber Channel的缩写)是美国国家规范委员会(ANSI)的X3T11作业组于1988年提出的一种高速串行传输协议，具有高带宽、高实时性、高牢靠性、扩展性好、传输速率高、抗干扰性强、拓扑结构和服务类型灵敏、支撑多种上层协议和底层传输介质等特性，为了习惯航空电子环境的运用，光纤通道供给了一组在航空电子环境中运用的协议子集FC-AE(fiber channel avionics environment)，它规范了民用和军用航空光纤通道交流网络与环路拓扑衔接设备的挑选，FC—AE依据匿名签署音讯(ASM)的上层映射FC-AE-ASM，具有音讯传输安全、低延时的特色，适用于航空电子中处理器与传感器和显示器之间的通讯。因而，FC已成为新一代先进综合式航空电子网络互连的首选计划。
为了确保FC产品能够满意机载运用要求，为FC产品供给测验、实验的渠道，规划牢靠、高效的机载FC设备的测验设备十分必要。FC子卡是广泛运用在航电体系中的一种FC产品，FC子卡完结了FC节点机的功用，担任为FC网络中各个节点供给FC通讯衔接等功用，为多种运用数据供给通讯支撑。
文章针对被测设备的特色，提出了一种依据PCIE接口的多FC子卡的测验设备的规划办法，选用PowerPC处理器的PCIE接口，经过PCIE交流扩展多路PCIE总线，然后一次能够进行多个FC子卡的实验测验，经过验证该测验设备通讯安稳牢靠，具有较高的实用性、通用性和扩展性。
1 多FC子卡测验设备整体结构
1.1 被测方针剖析
FC子卡是嵌入式的FC节点机，作为航电子体系接入FC网络的接口，一方面具有与航空电子体系设备进行信息交互的接口，即FC接口，支撑FC—PI、Fc—FS和FC—AE—AsM协议，FC接口链路速率2.125Gbps。另一方面具有与处理器进行数据交互的接口，然后能够将网络上的数据提交给运用，也能够将运用的数据发送到网络上。因而规划测验设备时首要从以上两个方面考虑。
考虑到结构和速率等要求，FC子卡选用X4PCIE主机接口，作业频率为2.5Gb/s，运用规范的XMC结构。由FGPA、装备电路、RS232接口、FLASH接口、时钟电路、复位电路、电源电路组成，FPGA用于完结FC接口、PCIE接口及片上处理器，硬件框图如图1所示。FC子卡首要完结了FC—AE—ASM通讯、时刻同步、网络办理等功用，确保航电数椐传输的完整性和牢靠性。
1.2 测验设备规划
多FC子卡测验设备规划时需求从以下几方面考虑：
(1)满意测验产品功用、功用的要求;
(2)考虑在温度冲击、湿热等恶劣的实验环境下运用;
(3)考虑一次实验中尽可能多的测验被测设备，进步资源利用率和实验功率。
因为FC子卡对外首要的接口为PCIE接口和FC接口，因而规划时有必要经过以上两个接口对设备进行拜访和测验。关于PCIE接口，运用具有PCIE接口的PowerPC处理器模块，且该模块需求具有以太网、FLASH、SRAM、串口等必备的外围接口，然后能够在其上进行软件开发和调测。一起为了一次测验多个FC子卡，需求运用PCIE交流扩展多路PCIE总线。关于FC接口，FC子卡运用FPGA进行完结，输出FC电信号。为了测验FC协议契合性、功用及功用等一系列内容，衔接外部测验设备，将电信号转化为光信号，需求规划转接板，一方面经过PCIE接口衔接母板和FC子卡，另一方面经过光电转化电路将FC电信号和光信号进行转化。
为了满意高带宽、通用性和恶劣的实验环境下运用，选用3U VPX结构规划，经过母板和转接板衔接主机和子卡。测验设备的整体结构如图1所示。
图2多FC子卡测验设备整体结构
2 要害技术研究
多FC子卡测验设备规划的要害点在于PCIE交流和PCIE装备，下面就PCIE交流的挑选和PCIE装备的机制进行描绘。
2.1 PCIE交流
挑选PCIE交流芯片时，需考虑两点，首要依据体系需求和上行和下行端口衔接的PCIE设备的线宽、速率、数目等要求，挑选适宜的装备，其次挑选PCIE交流为通明桥还对错通明桥，一般在单处理器体系中运用通明桥，在进行多个处理器体系衔接时选用非通明桥。
2.2 PCIE总线装备机制
PCIE和PCI环境相同，各种设备都要衔接在树形总线上，包含一种或多种功用，该规划中FC子卡为单功用设备。当体系初次启动时，只要处理器中根联合体(RC)中的总线0才有编号，其他总线还有待发现。装备软件运用深度优先搜索算法扫描PCIE总线树上的一切PCIE设备，并以此分配总线号和存储器地址空间。
关于RC或许PCIE交流运用Type1装备头，有必要初始化主总线(Primary Bus Number)、二级总线(Secondary Bus Number)和从总线(Subordinate BusNumber)寄存器，主总线为RC或许桥上游的总线，二级总线为下流的总线，从总线是从下向上分配的，为当时PCIE子树中编号最大的总线。需求留意的是PCIE交流中有多个端口，每个端口都有一个P2P的桥，内部有一条虚总线，装备时依据数据手册进行装备。
在桥办理的PCIE子树中有许多PCIE设备，这些PCIE设备可能有自己的存储器地址空间需求被CPU拜访，经过装备桥的Mernory Limit和Memory Base寄存器，即可完结对方针设备空间的拜访。这两个寄存器用于寄存PCIE子树上一切设备的存储器地址空间调集的基地址和巨细。
3 硬件规划
多FC子卡测验设备硬件由CPU模块、PCIE交流电路、母板和转接板组成，以上组成部分在机箱中集成，下面首要对CPU模块和PCIE交流电路进行描绘：
3.1 CPU模块规划
在本测验设备中，CPU模块以MPC858处理器为中心，经过衔接FLASH、内存、PCIE接口、网口、串口以及其他接口操控电路完结。如图3，在CPU模块中移植嵌入式实时操作体系VxWorks，对设备驱动进行二次开发，继而以VxWroks为软件开发渠道，开发测验程序，完结板卡的测验使命。
3.2 PCIE交流电路
PCIE交流芯片选用PLX公司的新一代非堵塞、低推迟交流芯片，支撑48Lane，12个PCIE端口，经过灵敏的硬件装备和软件编程使PCIE交流支撑多种端口装备。在本规划中，将交流芯片装备为通明桥，且因为FC子卡为4Lane PCIE接口，装备1个4Lane上行端口和11个4Lane下行端口，能够满意测验设备的功用要求。
4 软件规划
依据FC子卡测验设备的功用需求和硬件渠道，测验软件运转在VxWorks5.5操作体系上，首要包含三部分软件，PCIE装备软件、FC驱动软件和FC测验软件。PCIE装备软件首要用于装备CPU、PCIE交流芯片和FC子卡的PCIE接口，经过装备才干从CPU端拜访FC子卡。FC驱动软件作为FC子卡的驱动软件，有必要在PCIE装备成功后，才干经过PCIE接口拜访FC子卡的硬件资源、操控FC子卡的通讯，办理等功用。FC测验软件经过调用驱动软件供给的接口，完结对FC子卡的各种功用、功用测验。其层次结构如图5所示。
4.1 PCIE装备软件
PCIE装备软件的首要功用是对PCIE总线树的设备进行枚举，经过PCI兼容装备，从CPU端能够拜访各个FC子卡设备。在本规划中，只用到PCI兼容装备机制，装备进程和PCI设备相似，首要需对MPC8548和PCIE交流开关进行装备，内容包含装备空间的拜访，怎么发现设备，拜访设备空间等。
在本规划中，测验设备的总线示例如下：
最终依据FC子卡地点的总线和分配的存储器地址空间对FC子卡的BAR空间进行映射，然后能够拜访FC设备。
4.2 FC驱动软件
FC驱动软件运转于主机上，首要供给拜访操控FC设备、FC通讯、时钟同步、网络办理等功用的接口，用于上层软件调用然后满意运用详细的要求。在该规划中，测验软件完结PCIE装备后，经过调用驱动软件接口拜访FC子卡，完结子卡的初始化，再进行相关的测验。
4.3 FC测验软件
FC测验软件首要运用测验设备建立的渠道，进行FC子卡的各种测验，能够完结单个FC子卡的功用、功用测验，也能够完结实验环境下多个FC子卡的通讯测验。经过调用驱动软件，测验软件能够完结以下测验：包含FC子卡硬件资源测验、FC协议契合性测验、通讯功用的测验、时钟同步功用测验、网络办理功用测验、FC通讯带宽测验等其他功用的测验。
5 验证
为了验证测验设备是否满意规划要求，需求对多个FC子卡进行通讯功用测验。验证环境中，运转测验软件进行FC-AE-ASM通讯测验，FC数据从CPU端发生，经过PCIE接口DMA到FC子卡内部，然后从FC子卡发送出去，经过剖析仪，从接纳通道接纳，再从FC子卡DMA到CPU端，比照发送和接纳的数据是否共同。测验环境如图7所示、经过串口打印和剖析仪捕获的数据，FC子卡运转安稳牢靠，验证了测验设备彻底满意实验室测验验证的要求，而且该测验设备现已用于FC子卡的实验测验，测验成果也满意实验要求。
6 结束语
文章介绍了一种依据PCIE接口的多FC子卡测验设备，对整体规划计划、硬件组成和软件规划进行了论述，经过测验验证了该设备杰出的可行性和安稳性。该设备对进步设备实验功率，下降科研、生产成本有明显效果，且通用性、扩展性好，关于其他类型的PCIE/PCI接口设备有很好的参阅含义和学习效果。
