FC总线技术简介(一) 在前面的介绍中,我们介绍了航空航天数据总线技术,并认为FC总线技术由于具备高速率的数据传输特性、较高可靠性、可扩展性强等特点被认为是未来航空总线发展的主要数据总线之一。因此,在接下来的几期文章中,我们将从光纤通道技术、FC-AE系列标准、FC-AE-1553及FC标准簇等方面进行详细介绍。在本期中,我们将对光纤通道的相关技术进行介绍,包括分层结构、拓扑结构、端口类型、服务类型及端口单元等方面。 1. 光纤通道简介光纤通道航空环境(FC-AE:Fiber Channel Avionics Environment)是光纤通道(Fiber Channel)标准开发组织制定的一簇协议族,用于详细定义可用于光纤通道航空电子环境上的(包含军事以及商业应用)专用系统。该协议将快速可靠的通道技术和灵活的、可扩展的网络技术有机融合在一起。FC 协议发展至今,已经能够支持很多上层协议和指令集,例如:MIL-STD-1553B、IP、ATM 等协议以及 HIPPI、IPI、SCSI等指令集,支持光纤和铜缆等多种物理介质。FC 协议能够很好地实现全双工、半双工和单工的通信模式。 光纤通道的基本特点如下:
光纤通道(FC)是高吞吐量、低延时、包交换及面向连接的网络技术。整个标准系列还在不断的发展,其中用于航空领域-航空电子系统环境工程(FC-AE)的协议规范已经定制了5种,分别是:无签名的匿名消息传输(FC-AE-ASM)、MIL-STD-1553高层协议(FC-AE-1553)、虚拟接口(FC-AE-VI)、FC轻量协议(FC-AE-FCLP)、远程直接存储器访问协议(FC-AE-RDMA)。 2. 光纤通道分层结构光纤通道主要分为5层(FC-0到FC-4),类似于 OSI 的七层模型结构和 TCP/IP 的四层模型结构,FC协议具有五层模型结构。FC-0 接口与媒体层,用来定义物理链路及特性;FC-1 传输协议层,定义了编码/解码方案、字节同步和有序集;FC-2 链路控制层,定义了传送成块数据的规则和机制;FC-3 为通用服务层;FC-4 协议映射层,定义高层协议映射到低层协议的方法。其协议分层如图1所示:
光纤通道定义了3 种拓扑结构,分别是点对点(Point-to-Point)、仲裁环(Arbitrated Loop)和交换式(Fabirc)拓扑结构,如图2所示。 图2 光纤通道拓扑结构示意图 点对点连接是3种结构中最简单的,如图2(a)所示,通过光缆直接连接两个设备的端口,能够提供最大带宽并可实现全双工连接,可用于连接有大量持续数据传输要求的节点。 仲裁环可以进行126个设备的高速连接,数据在环路的一个方向上传送,在任一时刻仲裁环只有一对端口进行通信,环中的设备只有当环处于空闲状态,才能通过仲裁获得仲裁环的使用权,一个或多个仲裁环路的网状结构可以组成混合结构。仲裁环可以作为机载系统中外部存储设备间的连接或显示阵列间的连接。可以采用集线器式的环模式提高环连接的可靠性,如果加入端口旁路功能,则可对故障结点进行旁路,进一步提高整个环的可靠性。 交换式网络在三种拓扑结构中功能最强大、可靠性最高、性能最好、带宽最大,可以连接多达 1600 万个设备,而且在同一时刻允许多个设备进行高速通信,但是价格昂贵些。在一条连接通道中,交换机可同时建立共享连接链路和多条直接连接通道,即可以同时进行分组交换和电路交换。各终端的端口通过点对点的双向连接与交换机端口互连,每个端口都可以最大速度与交换机的端口建立连接。 光纤通道可以根据需要配置成以上三种方式的混合网络,从而提供最大限度的灵活性。 4.光纤通道端口类型在光纤通道协议中,端口是通信的基本单元。所谓端口是一个节点内部的硬件实体,通过光纤通道链路和相邻的端口进行数据通信。根据端口位置和拓扑结构的不同,光纤通道协议定义了以下类型的端口:
光纤通道定义了6类服务,使用的类别很大程度上依赖所传输的数据类型。服务类别之间的主要区别是使用不同的流控制类型。如果两个N-Port 之间进行通信或者一个 N-Port 要注册到交换式网络,则至少需要1类公共服务支持,因为序列和交换需要使用1类服务,且在交换式网络注册和 N-Port 注册的过程中信息进行了交换。
光纤通道帧和信令协议定义了 3 种协议数据单元:帧(Frame)、序列(Sequence)和交换(Exchange),它们之间的层次关系如图所示。 图3 光纤通道帧与信令协议之间的层次关系图 帧都遵循通用的帧格式,其帧格式如图所示。
每个帧包括开始分隔符,大小为 24 个字节的固定帧头,多种可操作服务头,从 0 到 2112 个字节的长度灵活的有效载荷,一个帧标准循环冗余码校验和一个结束分隔符。序列是从一个 N 端口向另一个 N 端口单向传送的一个或多个相关的帧,序列是单向传送的。交换由一个或多个非并发的序列组成,既可以是单向的也可以双向的。 7. 总结本期针对航空航天数据总线未来发展的需求,对光纤系通道技术进行了详细介绍。接下来,在下一期的“FC总线技术简介(二)”中,我们将对FC-AE系列标准进行梳理介绍,并对FC-AE-ASM、FC-AE-RDMA、FC-AE-VI及FC-AE-1553技术进行详细介绍及分析。
更多精彩,点击阅读原文 |
|