【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及卫星通信，具体而言，是一种基于多片fpga(现场可编程门阵列)之间的万兆以太网高速数据收发接口，分布式处理卫星通信工作过程中产生的大数据量的装置。
技术介绍
1、卫星通信是以卫星作为中继站转发信号，在多个地面站之间通信，具有覆盖区域广，组网灵活且不受复杂地理环境限制的优点。卫星波束覆盖区域广，可以容纳更多的设备，覆盖面积与处理的信息量呈线性相关，更大的信道容量意味着更多的频带资源。卫星居于高空，可以远距离通信，故而不受复杂地理环境限制，但更长的距离带来更大的传输时延。这限制了一方发送到另一方进行应答的速率，进而影响到整条链路的数据吞吐能力。组网灵活是指因实现任意节点间的通信，可以根据需求创建不同的网络拓扑结构。有效整合系统上具有联系的不同功能模组，统一调度减少管理成本。这需要配套的地面设备具有更多的接口，如何有效地串联起这些接口是一个亟待解决的问题。同时卫星通信在涉及到敏感信息的传输时，更需要保证数据的安全性、稳定性和可靠性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于：通过连结分布在多片设备芯片上的高速以太网接口从而建立起高速、安全、可靠的传输通道以解决分布式处理的卫星通信过程带的高时延、大容量和安全性等问题。在cpu与其他fpga芯片进行业务通信的过程中，提供接近10gbps级别高速安全稳定的以太网数据流量，同时在正常工作之外，支持切换模式，自定义报文转发传输从而进行接口间的联通性测试。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用以下的技术方案：一种分布式处理卫
3、在fpga中建立的高速以太网接口相关模块包括，10g以太网接口ip模块、接收fifo数据缓存模块、异步fifo缓存模块、路由交换模块和联通测试模块；
4、所述10g以太网接口ip模块通过例化xilinx 10g/25g ethernet subsystem ip核来实现具有10g以太网接口的高速收发器gt，上电之后基于以太网mac层拉出的信号对ip进行初始化配置及状态检测；
5、所述接收fifo数据缓存模块通过控制fifo读使能来确保完整的一帧以太网报文被读出，两次读数据的间隔最低为1个时钟周期，fifo的深度大于万兆以太网最大帧长的八分之一；
6、所述异步fifo缓存模块，两端异步时钟频率都为156.25mhz，旨在解决数据跨时钟域问题；
7、所述路由交换模块将不同接口的以太网数据按照实际卫星通信工作业务需求进行转发；
8、所述联通测试模块用以发送以太网数据到高速收发器gt，同时进行高速接口的联通测试。
9、以太网接口为高速serdes(串行器/解串器)接口，解串器将接收的串行信号转化为并行信号供fpga内部利用，串行器将内部处理好的信号转化为串行信号加以传输。
10、ip核主要构成可以分为三个部分，pma、pcs和mac子层。pma层对应就是高速收发器gt部分，接收对fpga管脚来的的数据(rxn,p)进行时钟恢复，并将串行信号转换为156.25mhz速率66bit位宽的并行数据，对应万兆的线速率10.3125gbps；发送将pcs层来的66bit位宽、156.25mhz的数据转为串行数据(txn,p)再传输到管脚。pcs层包括64b/66b编解码器、扰码/解扰码等，接收是为了将pma层来的数据进行解扰码、将66bit位宽数据解码成64bit位宽；发送对mac层来的数据进行信道编码(64b/66b编码)、加扰码等操作。mac层完成数据传输引擎、流控制，以及核配置、输出状态信号等功能。
11、万兆以太网在fpga内部的信号主要包含64bit长度的发送数据tdata、8bit长度的发送数据保持信号tkeep，1bit长度的发送数据有效tvalid信号以及1bit长度的发送数据最后标志位信号tlast，还有就是用于总线传输的握手信号tready。
12、接收fifo数据缓存模块，使用一个接收fifo来缓存网口来的突发数据，不采用异步时钟读写数据。fifo宽度为73bit，深度为8192，写数据rx_tdata，rx_tkeep和rx_tlast拼接而成，写使能为rx_tvalid信号，读数据依据写数据格式拆分为64bit的tx_tdata，8bit的tx_tkeep和1bit的tx_last。读使能为读控制逻辑信号rden。
13、使用一个异步fifo来进行多节点之间数据传输，目的是解决因异步时钟差异可能导致的fifo写满，异步时钟的工作频率为156.25mhz，fifo宽度为73bit，深度8192，写数据为第一级fifo输出，写使能为第一级fifo读使能，读使能额外产生。
14、依据卫星通信具体工作场景建立起多节点之间的联通的路由交换模块，将异步输出的fifo多节点以太网数据进行转发、交换，从而达到自定义内部互联的目的。
15、在一个专门的联通测试模块里通过逻辑判断来发送不同来源的报文，既可自定义产生固定格式以太网报文发送。亦或是回环转发同一个以太网ip核来的接收报文。再者转发来自路由交换模块的，正常卫星通信业务工作过程中，源于其他接口的数据。基于转发和自定义报文对主要用于两个fpga直接的高速接口联通性测试，在fpga1里面自定义发送固定格式的报文，在fpga2里面环回数据给fpga1，停止发送后比对内部发包计数与基于收包序列检测的收包计数是否相同来判断网口联通性，相同则联通无误。
16、与现有技术相比，本专利技术提出的一种分布式处理卫星通信中大数据的装置，核心在于采用fpga万兆以太网技术将多片设备芯片进行板间互联，并在fpga里将接收到的网口数据进行处理转发等工作。
17、本专利技术采用fpga芯片来处理卫星通信系统的基带处理部分，具有高性能，高吞吐率，架构算法灵活，并行计算、分配存储与动态配置等优势。采用高速以太网接口来传输卫星通信工作过程中产生的大数据量，高速以减少时延，接口技术标准通过在不同的传输层定义安全协议来实现端对端数据完整性、机密性和真实性的保护。对于数据报文本身，依据ecpri(增强型通用公用无线电接口)对协议层的划分处理及压缩算法可以进一步节省带宽。
18、本专利技术结构简单，易于实现，将卫星通信的不同工作内容分布在多片设备芯片之上，通过采用fpga万兆以太网高速数据收发接口技术，联通fpga与其他设备芯片之间的万兆高速口，在cpu的统一管理下，协调完成大规模信息处理任务，多片设备在保证通道传输稳定性的同时达到优化资源布局，提升工作效率。
19、本专利技术通过在fpga内实现高速以太网接口，连结分布在不同芯片的多种卫星通信相关的功能模组，在cpu(中央处理器)的统一管理控制下，搭建起一个分布式处理数据的终端平台，协调地完成大规模信息处本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种分布式处理卫星通信中大数据的装置，其特征在于：在FPGA上建立10G以太网接口IP模块、接收FIFO数据缓存模块、异步FIFO缓存模块、路由交换模块和联通测试模块；
2.根据权利要求1所述的一种分布式处理卫星通信中大数据的装置，其特征在于：所述接收FIFO数据缓存模块：FIFO宽度为73bit，深度为8192，写数据由64bit的rx_tdata、8bit的rx_tkeep和1bit的rx_tlast拼接而成，写使能为接收的1bit的rx_tvalid信号，读数据依据写数据格式拆分为64bit的tx_tdata、8bit的tx_tkeep和1bit的tx_last；当rx_tvalid与rx_tlast都为高电平时记为写入一个完整报文标志wr_eop，当tx_tvalid与tx_last都为高电平时记为读出一个完整报文标志rd_eop；
3.根据权利要求1所述的一种分布式处理卫星通信中大数据的装置，其特征在于，所述异步FIFO缓存模块采用两个异步时钟来处理读写数据，异步FIFO的写数据为第一级接收FIFO的输出，写使能为第一级FIFO的读使能，读使
4.根据权利要求1所述的一种分布式处理卫星通信中大数据的装置，其特征在于，所述联通测试模块通过逻辑判断来发送不同来源的报文，能够自定义产生固定格式的tdata，tvalid，tkeep和tlast信号并发送；或转发同一个以太网IP核的接收报文用于回环；又或是正常卫星通信业务工作过程中，转发来自路由交换模块的源于其他接口的数据。
5.根据权利要求1所述的一种分布式处理卫星通信中大数据的装置，其特征在于，联通测试步骤如下：
...【技术特征摘要】
1.一种分布式处理卫星通信中大数据的装置，其特征在于：在fpga上建立10g以太网接口ip模块、接收fifo数据缓存模块、异步fifo缓存模块、路由交换模块和联通测试模块；
2.根据权利要求1所述的一种分布式处理卫星通信中大数据的装置，其特征在于：所述接收fifo数据缓存模块：fifo宽度为73bit，深度为8192，写数据由64bit的rx_tdata、8bit的rx_tkeep和1bit的rx_tlast拼接而成，写使能为接收的1bit的rx_tvalid信号，读数据依据写数据格式拆分为64bit的tx_tdata、8bit的tx_tkeep和1bit的tx_last；当rx_tvalid与rx_tlast都为高电平时记为写入一个完整报文标志wr_eop，当tx_tvalid与tx_last都为高电平时记为读出一个完整报文标志rd_eop；
3.根据权利要求1所述的一种分布式处理卫星通信中大数据...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘宇，郭欣，徐捷，
申请(专利权)人：南京典格通信科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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