基于光纤通道的航电总线监控系统设计与实现

摘要：为了适应未来航电总线的发展趋势，光纤通道（Fiber channel）因其优越的传输性能在众多航空电子系统总线中脱颖而出，故本文提出了一种基于光纤通道的航电总线监控系统设计与实现方案。经试验验证，该监控系统能够实现光纤通道航电总线上数据的捕获、记录、存储以及分析，为后续机载成品的试验、排故工作提供了重要的指导意义。

关键词：FC 总线监控 航电系统 接口控制文档

中图分类号：V243 文献标识码：A文章编号：1007-9416（2016）03-0000-00

回顾航空电子系统总线的发展历程，CAN总线、ARINC429总线、1553B总线、全双工AFDX网络等先后在不同时期得到了广泛的应用。随着航空电子系统综合化、模块化程度的不断提高，大量的数据、音视频信号需通过总线进行数据交互，其对飞机航电系统总线的数据吞吐量、通信带宽、实时性、可靠性等方面提供了更高的要求。光纤通道网络因其传输速率高、通信延迟低、灵活的拓扑结构、较强的协议兼容性，已确立为航电系统的一级网络，FC总线即将成为继1553B总线成熟应用后未来航电系统总线网络的首选方案。

每一种新型总线技术从研制设计到最终的实践应用，相应总线监控分析系统的开发是必不可少的。因此，本文设计并实现了一种基于光纤通道的航电总线监控系统。

1 光纤通道介绍

光纤通道最早是由美国国家标准协会X3J11工作组于1988年制定提出的高速数据通讯标准[1]，它以光纤（或铜缆）为传输介质，拥有2Gbit/s甚至更高的传输速率，定义了三种互联拓扑结构（包括：点到点、仲裁环、交换网络），支持多种上层协议。类似于通用的7层OSI网络模型，FC网络模型共有5层，分别为FC-0物理链路层，描述了FC的传输介质、方式及速率；FC-1传输协议层，描述了编码解码的规则及差错控制；FC-2帧协议层，定义了数据传输方式及帧格式、帧序列、通信协议和服务分类；FC-3公共服务层，为高层协议提供通用的信息服务；FC-4高层协议应用层，将SCSI、ATM、HIPPI、IP等上层协议映射到光纤通道上。

2 光纤通道总线监控系统功能

本文设计的光纤通道航电网络监控系统采用以交换机为中心的星型网络拓扑结构，各网络节点与交换机通信端口相连进行整个网络数据信息的交换与传输，通过交换机的监控端口接收监控数据帧，交由总线监控系统计算机进行处理解析[2]。总线监控系统需具备的功能如下：

（1）数据采集功能：按照所配置的监控方案获取光纤通道上传输的数据块；（2）数据筛选过滤功能：通过对多种过滤条件进行组合设置，启动特定类型数据的采集，从而筛选出操作者所感兴趣的消息数据；（3）数据实时解析功能：依据导入的ICD文档，将航电网络中传输的原始数据帧翻译成物理量；（4）存储与回放功能：在监控数据的同时保存所有总线协议数据至存储介质，以便在脱离测试卡的情况下进行后续的数据离线分析与处理。

3 光纤通道总线监控系统硬件设计

总线监控系统主要由一台普通工控机、FC高速采集板卡组成。现重点介绍图1所示的FC高速采集板卡硬件结构[3]。图1中，FPGA作为整个系统的核心处理器，主要进行数据的处理运算；SFP光模块接口，对外连接光纤链路，对内连接FPGA GTX接口；8通道PCIe连接接口用于连接主机背板的PCIe插槽，实现测试卡与主机的高速数据交换；并配以时钟电路提供高精度有源时钟，JTAG接口供下载和调试使用。

图1 FC高速采集板卡硬件结构框图

4 光纤通道总线监控系统软件设计

总线监控系统软件在Windows XP环境下采用VC++语言进行软件开发，将FC总线采集板卡的底层软件封装成标准API函数供系统主函数调用。总线监控设备在加电自检正常后，读取用户设置的各型参数，进行初始化工作，包括硬件板卡配置、寄存器初始化及系统程序文件配置初始化等。之后启动总线数据监控任务，完成数据的实时采集与存储并根据ICD数据库的逻辑定义进行数据在物理意义上的解析，数据过滤功能使得数据具有较强的针对性。若某一时刻收到错误数据信息，则用红色标识出该行信。

5 结语

本文提出了一种基于光纤通道的航电网络监控技术，并详细介绍了监控系统的硬件构架与软件设计方案。该监控系统的成功研制不仅能在前期预研阶段作为辅助工具测试总线技术性能，还能在成熟应用之后为机载设备的成品试验、飞行保障、故障定位与诊断排除等工作提供良好的技术手段。

参考文献

[1]徐亚军，张晓林，熊华钢.基于光纤通道的航空电子网络研究[J].遥测遥控，2006，第27卷第3期.

[2]黄永葵，光纤通道标准及其在航空电子中的应用[J].航空电子技术，2003，第34卷第4期.

[3]李攀，田泽，蔡叶芳，杨海波.基于FPGA的双通道FC数据采集卡设计[J].计算机技术与发展，2013，第23卷第7期.

收稿日期：2016-01-08

作者简介：毛绍婧（1988—），女，湖北黄陂人，硕士，就职于中行飞机西安飞机分公司，助理工程师，研究方向：主要从事飞机航电火控系统的测试。