摘要:本文以fc协议芯片的设计为例，分析了soc设计方法的特点及其与传统的嵌入式系统设计方法的不同点。本文讨论的fc协议芯片实质上是用soc技术实现的fc网卡，这种方法有助于在航电系统的设计中推广使用soc技术并为改变现有的航电系统的体系结构和建立我国未来航空电子统一网络奠定了基础。

　　关键词:光纤通道;片上系统;芯片设计

引言

　　光纤通道（fc）是一个高性能的双向点对点串行数据通道。光纤通道的标准是由t11标准委员会（美国国家信息技术标准化委员会下属的技术委员会）制定的，它是一个为适应日益增长的高性能信息传输要求而设计的计算机通讯协议。fc集中了io通道和网络的优点，它既支持io通道所要求的带宽与可靠性，又支持网络技术的灵活性与连接能力，使得在同一物理接口上运行当今流行的通道标准和网络协议成为可能。目前，fc已被作为未来航空电子统一网络的一种主要联网标准。本文讨论了一种采用片上系统（soc）技术来设计fc协议芯片的方案，分析了soc设计方法的特点及其与传统的嵌入式系统设计方法的不同点，为今后在航电系统的设计中推广使用soc技术奠定了基础。

fc工作原理简介

　　光纤通道所支持的物理介质包括光纤、双绞线、同轴电缆等，本文统称其为光纤。物理上，fc可被看成是称为n端口的多个通信点的连接，这些n端口可以通过交换网进行连接，且通过集线器构成仲裁环路，也可以通过点对点的链路进行连接。如图1所示，fc协议可以分成一系列的功能层次，各功能层次简述如下。

图1 fc的层次结构图

fc-0层
　　fc-0定义了接口和介质的物理特性，规定了收发器和各种物理媒介的光电参数。按照实现器件的不同，fc可具有不同的数据传输率：133mbit/s，266mbit/s，530mbit/s，1.0625gbit/s等。

fc-1层
　　fc-1定义了编解码和传输协议，它采用直流平衡8b/10b码。一个8位字节编码为10位进行传输，然后在接收端再进行解码。一部分具有特殊特性的没有使用的编码点被用来组成特殊字符，以形成信令和帧描述的有序集。

fc-2层
　　fc-2层是信号传输协议层。它规定了数据传输的规则，提供了数据块从一个端口传输到下一个端口的传输机制，定义了可由fc-4使用的功能和设备，fc-4可以只采用其中的一个子集。这一层描述了如下概念：
（1）节点和n端口及相应的标识符；
（2）通讯模型；
（3）拓扑结构；
（4）服务类；
（5）通用交换网模型；
（6）fc-2的构造块及体系结构；
（7）帧格式；
（8）序列；
（9）交换。

fc-3层
　　fc-3层为一些高级特性提供了所需要的通用服务，例如：
（1）分类：并行使用若干个n端口来增加带宽，以便通过多重连接传输一个单一信息。
（2）查询组：使数量多于一个的端口能响应相同的别名地址。这一服务通过减少接触到忙n端口的机会来提高效率。
（3）多播：将一个传输发送到多个目标端口，包括发送到一个交换网上的所有n端口（广播），或只发送到交换网上某些n端口。

fc-4层
　　fc-4层是fc协议的最高层，它规定了上层协议到fc协议的映射。当前映射的协议有：小型计算机系统接口（scsi）、智能外设接口3（ipi-3）、高性能并行接口（hippi）、internet协议（ip）、ieee802.2、单字节命令码集映射（sbccs）。另外，fc-ae还描述了一个基于1553b的上层协议映射。

fc-ph的物理模型
　　fc通路在物理上至少由2个节点组成。每个节点可以由多个n端口组成，每个n端口提供fc-0、fc-1、fc-2的功能。fc-3是可选的，它为多个n端口和fc-4提供通用服务。fc节点的组成如图2所示。

图2fc节点的组成
　　每个端口由一对光纤组成，一个用于输入，一个用于输出。这一对按相反方向传输的光纤和收发器组成fc链路，完成数据传输。

fc-2层的帧格式
fc-2层的帧格式如图3所示。

　　帧起始定界符sof是一个有序集，4个8b字符，根据不同帧的类型有不同的码字；帧头，24个8b字符，详见表1；数据字段，0–2112个8b字符；crc，4个8b字符，它对帧头部分和数据字段部分进行校验，其编码多项式是x³²+x²⁶+x²³+x²²+x¹⁶+x¹²+x¹¹+x¹⁰+x⁸+x⁷+x⁵+x⁴+x²+x+1；帧结束定界符eof是一个有序集，4个8b字符，根据不同帧的类型有不同的码字。


fc协议芯片的设计概述

功能概述
　　fc芯片的功能是实现图1中的fc-ph，即fc-2