基于FPGA的光纤通道适配器研究
《2024年基于FPGA的PCIE总线接口和光纤通信模块设计》范文
《基于FPGA的PCIE总线接口和光纤通信模块设计》篇一一、引言随着现代电子技术的飞速发展，高性能的通信接口和数据处理能力已成为电子系统不可或缺的部分。
在此背景下，FPGA （现场可编程门阵列）因其灵活性和可编程性，在各种高速通信接口和数据处理任务中扮演着越来越重要的角色。
本文将详细介绍基于FPGA的PCIE总线接口和光纤通信模块的设计。
二、设计需求及背景在现代的电子系统中，PCIE总线以其高带宽、低延迟的特点，已经成为主流的高速数据传输总线。
而光纤通信模块以其高速度、远距离传输的能力，被广泛应用于高速数据传输和通信网络中。
因此，基于FPGA设计一个兼容PCIE总线的接口以及光纤通信模块，具有重要的实用价值。
三、系统架构设计我们的系统架构主要包括三个部分：FPGA核心处理模块、PCIE总线接口模块和光纤通信模块。
其中，FPGA核心处理模块负责数据的处理和控制，PCIE总线接口模块负责数据的输入输出，光纤通信模块则负责数据的远距离传输。
四、FPGA核心处理模块设计FPGA核心处理模块是整个系统的核心，负责数据的处理和控制。
我们采用先进的FPGA芯片，通过硬件描述语言（HDL）进行设计。
该模块包括数据接收、数据处理、数据发送等部分，能够高效地完成数据的处理和控制任务。
五、PCIE总线接口模块设计PCIE总线接口模块是系统与外部设备进行数据交换的关键部分。
我们采用PCI Express协议进行设计，该协议支持热插拔、即插即用等特性，能够提供高带宽、低延迟的数据传输。
该模块包括PCI Express物理层、数据链路层和事务层等部分，能够实现对数据的接收和发送。
六、光纤通信模块设计光纤通信模块负责数据的远距离传输。
我们采用光电器件和光纤网络技术进行设计，包括光发射器、光接收器、光纤网络等部分。
该模块能够将数据转换为光信号进行传输，再通过光接收器将光信号转换为电信号进行处理。
七、系统测试与验证我们通过仿真测试和实际测试对系统进行了验证。
基于FPGA的光纤通信数据传输技术研究
３基于Ｆ Ｐ ＧＡ的光纤通信 数据传输技术研究 数据传输在通信 技术中 占据越来越重要 的地位，在今 后的发展 中，将会对数据传输提出越来越高 的要求，而基 于Ｅ Ｐ Ｇ Ａ的光 纤通信 数据传输技术 可以实现传输数据 的高 初始信号，从而实现数据 的传输。 速、可靠 、稳定传输 。下面将基于 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ的光纤通信数据传 ２ ． ２光纤通信技术在数据传输 中的优势 输技术进行研究 ，为 了验证 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 光纤通信系统的数据传输 光纤通信技术被世界上很多国家广泛 的应用到数据传 方面 的优势，本部分将 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ光纤通信系统的各个模块进行 输中，除了具备载波频率高、以光纤作为介质这两个特 点 测试 ，包括光纤通信模块 、Ｐ Ｃ Ｉ ｅ 模块和数据存储设备模块 。 以外 ，还具有其他的优势 ，主要表现在： ３ ． １光纤通信模块 传输容量大 ：光纤通信技 术使用 的载波频率最好，因 对光 纤通信 模块 的测试 通过对 数据 传输 技术进 行研
【 摘要 】随着计算机技术和互联 网技术的发展 ，人们对数据 传输也提 出了更 高地要求，通信数据传输技术不仅 要求 数据处理和数据 交换 的精确性 ，还要 求通信 数据 的传输具备 实时性和准确性 ，在这种 情形 下，基于 Ｅ Ｐ Ｇ Ａ的光纤通信数 据传输技术应运 而生 。当前的通信 系统中，数据传输越来越 重要 ， 今后 的发 展 中，将会对数据传输提 出越来越高的要求 ， 而基 于 Ｅ Ｐ Ｇ Ａ的光纤通信数据传输技 术可以 实现传输数据的高速 、可 靠、稳定传榆 。
好 的解决 了这一问题 。
抗干扰性好 ：如果数据传 输过程 中受到干扰 ，会严重 输介质，传输 范围是固定的，因此 ，在数据传输过程 中不 会受到干扰 ，而且为 了更好 的确保光纤通信技术的抗干扰 性 ，通常会在光纤材料上涂上一层涂覆层 ，因此可 以很好 地隔离各种干扰。 保密 性好 ：现化社会信息数据共 享便利 ，这也给数据 的保密性带来一定的困扰 ，而光纤信技术的具有的保密性 能成为其广泛应用的一个重要原因，光纤通信技术本身具 有的长光波可 以采用全反射方式进行各种数据传输 ，在 这 种情形下，可 以确保数据 的保密性，而且光纤通信技术 以 光纤作为传输介质 ， ． 光 纤可 以抵御 电磁辐射 ，也不会对其
《基于FPGA的PCIE总线接口和光纤通信模块设计》范文
《基于FPGA的PCIE总线接口和光纤通信模块设计》篇一一、引言随着现代电子技术的飞速发展，高速、高带宽的数据传输需求日益增长。
为了满足这种需求，我们提出了基于FPGA（现场可编程门阵列）的PCIE总线接口和光纤通信模块设计。
这一设计不仅可以实现高效的数据传输，还具备可编程性和灵活性，为各种应用场景提供了强大的支持。
二、设计背景与目标在当前的电子系统中，数据传输的速度和效率是关键因素。
PCIE总线作为一种高速串行总线，具有高带宽、低延迟等优点，被广泛应用于各种高性能计算机和服务器中。
而光纤通信以其高速、稳定、抗干扰的特性，在长距离数据传输中具有独特的优势。
因此，结合FPGA的高性能计算能力和可编程性，我们设计了这一模块，旨在实现高速、高效、灵活的数据传输。
三、设计原理与组成1. PCIE总线接口设计：PCIE总线接口是整个设计的核心部分，负责数据的接收和发送。
我们采用FPGA中的硬核PCI Express IP，结合其内置的协议引擎和PHY层接口，实现了与主机系统的连接。
通过配置FPGA的逻辑单元，我们可以灵活地调整接口的参数和功能，以满足不同的应用需求。
2. 光纤通信模块设计：光纤通信模块负责与外部设备进行高速数据传输。
我们选择了高性能的光纤收发器芯片，并设计了与之相匹配的FPGA逻辑电路。
通过光纤收发器芯片的高速串行通信接口，实现了与外部设备的连接。
同时，我们还设计了光模块的驱动和控制电路，以确保其正常工作和数据传输的稳定性。
3. FPGA逻辑电路设计：FPGA逻辑电路是整个设计的核心控制部分，负责协调PCIE总线接口和光纤通信模块的工作。
我们通过编写硬件描述语言（HDL）代码，实现了对FPGA的逻辑配置和控制。
这些代码包括接口协议的解析、数据的缓存和处理、以及与外部设备的通信等。
四、工作流程与实现1. 初始化：系统上电后，FPGA首先进行初始化配置，包括设置PCIE总线接口和光纤通信模块的参数和工作模式等。
基于FPGA的JESD204B-光纤传输接口转换器设计
㊀２０２０年㊀第１２期仪表技术与传感器Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ㊀Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ㊀ａｎｄ㊀Ｓｅｎｓｏｒ２０２０㊀Ｎｏ．１２㊀收稿日期：２０１９－１２－１９基于ＦＰＧＡ的ＪＥＳＤ２０４Ｂ－光纤传输接口转换器设计王红亮，和㊀爽（中北大学，电子测试技术国家重点实验室，仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原㊀０３００５１）㊀㊀摘要：针对目前ＪＥＳＤ２０４Ｂ接口转换器在高速数据采集传输系统中逐渐普及，但接口ＩＰ尚未开源且接口信号与数据分析存储设备无法对接的现状，设计了ＪＥＳＤ２０４Ｂ－光纤传输接口转换器㊂转换器以ＦＰＧＡ为逻辑控制核心，自主设计了ＪＥＳＤ２０４Ｂ信号的接口逻辑，并利用ＳＦＰ光模块与Ａｕｒｏｒａ协议完成光纤接口传输，通过ＤＤＲ３ＳＤＲＡＭ进行数据缓存交互㊂最后对ＪＥＳＤ２０４Ｂ链路的建立与整体转换器系统的数据传输进行了测试，验证了所设计的ＪＥＳＤ２０４Ｂ接口可成功与外部采集卡建立链路，整体数据能够实现１０Ｇｂｐｓ的传输速率，且数据传输稳定无误㊂关键词：ＪＥＳＤ２０４Ｂ；光纤传输；Ａｕｒｏｒａ协议；高速采集中图分类号：ＴＮ９１９㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１００２－１８４１（２０２０）１２－０１１０－０４ＪＥＳＤ２０４Ｂ⁃ｏｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＩｎｔｅｒｆａｃｅＣｏｎｖｅｒｔｅｒＢａｓｅｄｏｎＦＰＧＡＷＡＮＧＨｏｎｇ⁃ｌｉａｎｇ，ＨＥＳｈｕａｎｇ（ＮｏｒｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎａ，ＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ＆ＤｙｎａｍｉｃＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００５１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｐｏｐｕｌａｒｉｔｙｏｆＪＥＳＤ２０４Ｂｉｎｔｅｒｆａｃｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓｉｎｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎａｎｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ，ｂｕｔｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅＩＰｗａｓｎｏｔｙｅｔｏｐｅｎｓｏｕｒｃｅａｎｄｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｓｉｇｎａｌｓｃｏｕｌｄｎｏｔｂｅｃｏｎｎｅｃｔｅｄｗｉｔｈｄａｔａａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｓｔｏｒ⁃ａｇｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｔｈｅＪＥＳＤ２０４Ｂ－ｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉｎｔｅｒｆａｃｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．ＴｈｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒｕｓｅｄＦＰＧＡａｓｔｈｅｌｏｇｉｃｃｏｎｔｒｏｌｃｏｒｅ，ａｎｄｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｌｏｇｉｃｏｆｔｈｅＪＥＳＤ２０４Ｂｓｉｇｎａｌｗａｓｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｌｙｄｅｓｉｇｎｅｄ，ａｎｄｔｈｅＳＦＰｏｐｔｉｃａｌｍｏｄｕｌｅａｎｄｔｈｅＡｕ⁃ｒｏｒａｐｒｏｔｏｃｏｌｗａｓｕｓｅｄｔｏｃｏｍｐｌｅｔｅｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｉｎｔｅｒｆａｃｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ａｎｄｄａｔａｂｕｆｆｅｒｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｗａｓｐｅｒｆｏｒｍｅｄｔｈｒｏｕｇｈＤＤＲ３ＳＤＲＡＭ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｏｆｔｈｅＪＥＳＤ２０４Ｂｌｉｎｋａｎｄｔｈｅｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｏｆｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓｙｓｔｅｍｗｅｒｅｔｅｓｔｅｄ．ＩｔｗａｓｖｅｒｉｆｉｅｄｔｈａｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄＪＥＳＤ２０４Ｂｉｎｔｅｒｆａｃｅｃａｎｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｅｓｔａｂｌｉｓｈａｌｉｎｋｗｉｔｈａｎｅｘｔｅｒｎａｌａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｃａｒｄ，ａｎｄｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｄａｔａｃａｎａｃｈｉｅｖｅａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｒａｔｅｏｆ１０Ｇｂｐｓｗｉｔｈｔｈｅｓｔａｂｌｅａｎｄｅｒｒｏｒ⁃ｆｒｅｅｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＪＥＳＤ２０４Ｂ；ｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；Ａｕｒｏｒａｐｒｏｔｏｃｏｌ；ｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ０㊀引言随着星载通信㊁雷达测试等领域的不断发展，高速数据采集技术的需求不断增加，传统并行接口已逐渐难以满足日益增长的数据传输速率［１－２］㊂２０１１年推出的ＪＥＳＤ２０４Ｂ串行接口，大幅提升传输速率，并具有对应封装尺寸小㊁成本低，ＰＣＢ布局布线简化等优势，已成为目前高速数据转换器的主流接口片［３－５］㊂但ＪＥＳＤ２０４Ｂ接口主要针对转换器采集数据收发，不适用于较远距离的传输，无法与常见的高速数据分析存储设备进行互联㊂而ＪＥＳＤ２０４Ｂ的相关ＩＰ产品也尚未开源，无法针对特定开发进行裁剪，且费用昂贵［６］㊂因此，开发远距离传输ＪＥＳＤ２０４Ｂ信号的拓展系统具有重要意义㊂目前，光纤传输由于其带宽高㊁距离远㊁灵敏度高㊁体积小等优势［７］，已广泛应用于高速数据分析存储设备㊂在此背景下，本文提出了一种ＪＥＳＤ２０４Ｂ－光纤传输接口转换器，并自主设计了ＪＥＳＤ２０４Ｂ接口逻辑，实现了高速数据转换器与存储分析设备之间的数据收发㊂１㊀总体设计方案本文在对ＪＥＳＤ２０４Ｂ接口和光纤传输接口相关协议进行分析后，以ＦＰＧＡ作为硬件控制平台，设计了相应接口逻辑㊁硬件电路与外围测试环境㊂转换器系统整体方案设计如图１所示㊂系统主要划分为ＪＥＳＤ２０４Ｂ接口单元㊁光纤接口单元㊁数据缓存单元以及时钟管理单元㊂ＡＤ采集板卡的ＪＥＳＤ２０４Ｂ接口通过ＦＭＣ（ＦＰＧＡｍｅｚｚａｎｉｎｅｃａｒｄ）插槽与系统的ＪＥＳＤ２０４Ｂ接口单元互连，ＪＥＳＤ２０４Ｂ接口单元接收到的数据经过处理整合后，传输至数据缓存单元进行缓存；光纤接口单元基于Ａｕｒｏｒａ传输协㊀㊀㊀㊀㊀第１２期王红亮等：基于ＦＰＧＡ的ＪＥＳＤ２０４Ｂ－光纤传输接口转换器设计１１１㊀㊀图１㊀系统整体设计结构议，负责将接收数据打包处理并由ＳＦＰ光模块转换为光纤信号向外部设备传输；时钟管理单元负责向ＪＥＳＤ２０４Ｂ接口内部逻辑和外部ＡＤ采集板卡，以及光纤接口内部逻辑提供所需时钟㊂２㊀硬件设计２．１㊀ＪＥＳＤ２０４Ｂ接口单元设计系统与外部采集板卡互连采用ＦＭＣ接口㊂ＦＭＣ接口插拔方便，接口信号类型丰富，包含电源信号㊁ＪＴＡＧ信号㊁ＩＩＣ信号㊁普通用户信号及吉比特信号等，有助于系统针对不同外部采集板卡实现不同的拓展功能，提高系统设计的灵活性［８］㊂其中，吉比特信号引脚信号完整性可保证高达１０Ｇｂｐｓ的信号通信，可满足目前常见采集板卡ＪＥＳＤ２０４Ｂ接口的数据传输要求㊂外部采集板卡多采用ＳＰＩ接口进行工作模式等配置㊂为保证采集板与系统之间ＳＰＩ信号的电平匹配，设计选取４位双电源电平转换芯片ＳＮ７４ＡＶＣ４Ｔ７７４对配置信号进行处理，并在两端信号分别串接阻值为２２Ω的电阻，以防止信号过冲对电路的影响，电路连接如图２所示㊂图２㊀ＳＰＩ接口电平转换电路２．２㊀光纤接口单元设计光纤接口选用ＳＦＰ光模块ＡＦＢＲ－７０３ＡＳＤＺ来实现电信号与光信号的转换与传输㊂ＡＦＢＲ－７０３ＡＳＤＺ支持１０Ｇｂ以太网设备设计，最高线路速率达１０．３１３Ｇｂｐｓ，最大传输距离３００ｍ，可有效传输前端ＪＥＳＤ２０４Ｂ接口单元的数据㊂光纤接口单元电路连接如图３所示㊂图３㊀光纤接口单元硬件连接图光模块的收发数据端口ＲＤ＋㊁ＲＤ－㊁ＴＤ＋㊁ＴＤ－内部采用交流耦合方式，与ＦＰＧＡ内部串行收发器相连，走线阻抗需满足差分阻抗１００Ω，以保证高速传输的信号完整性㊂其利用输入的高速差分逻辑信号来调节内部发送端的激光驱动器电流㊂ＦＰＧＡ通过ＴｘＦＡＵＬＴ和ＲｘＬＯＳ信号检测光模块发送与接收链路故障与否，通过ＴｘＤＩＳ信号控制光信号关断㊂３㊀ＦＰＧＡ内部逻辑设计ＦＰＧＡ平台选用ＸｉｌｉｎｘＫｉｎｔｅｘ系列的ＸＣ７Ｋ３２５Ｔ芯片，其高性能ＨＰＢａｎｋ适配于ＤＤＲ缓存接口，内部集成ＧＴＸ串行收发器，最大线路速率支持１２．５Ｇｂｐｓ㊂ＦＰＧＡ作为系统的逻辑控制核心，完成ＪＥＳＤ２０４Ｂ接口与光纤接口的桥接通信㊂系统上电后，各单元进入初始化阶段，ＦＰＧＡ首先对时钟管理芯片进行配置，确保各单元所需时钟准确无误㊂之后控制ＪＥＳＤ２０４Ｂ接口逻辑向外发送同步信号，通知外部采集板卡启动链路同步，待链路建立完成后，控制数据缓存逻辑接收采集数据，同时光纤接口单元与外部设备链接完成后，开始从缓存中读取数据向外传输㊂３．１㊀ＪＥＳＤ２０４Ｂ接口逻辑设计接口逻辑构建基于ＧＴＸ串行收发器与后端通道逻辑组成的数据流逻辑结构，如图４所示㊂在状态控制逻辑的控制下，外部串行数据由ＧＴＸ串行收发器完成接收，经由通道逻辑部分实现接口协议的相关时序与验证㊂其中，对于ＧＴＸ串行收发器而言，其内部锁相环需要高精度参考时钟以保证初始化等流程正常运行，其后端的数据通路需要用户时钟作为数据流传输基准㊂通道逻辑作为ＧＴＸ数据流的承接部分也需要核心时钟确保正确传输㊂为减少时钟输入资源，系统配置通道逻辑数据通路与ＧＴＸ输出数据通路保持一致，㊀㊀㊀㊀㊀１１２㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＤｅｃ．２０２０㊀图４㊀ＪＥＳＤ２０４Ｂ接口逻辑结构从而保证参考时钟与数据流时钟为同一频率，均由串行收发器的ＭＧＴＲＥＦＣＬＫ差分引脚输入的时钟提供㊂时钟分配逻辑结构如图５所示，输入时钟由ＧＴＸ专用缓冲转换器ＩＢＵＦＤＳ＿ＧＴ转换为单端时钟后，一路直接输出至ＧＴＸ的ＲＥＦＣＬＫ端口，另一路通过全局时钟缓冲ＢＵＦＧ增大扇出能力，然后分别输出至ＧＴＸ的ＲＸ⁃ＵＳＲＣＬＫ端口与通道逻辑的核心时钟［９］㊂图５㊀时钟分配逻辑结构数据流根据ＪＥＳＤ２０４Ｂ协议完成同步与传输，流程如图６所示［１０］㊂首先拉低同步信号ＳＹＮＣ，通知外部采集板卡开始建立链路并发送／Ｋ／码㊂同时拉高ＧＴＸ的复位信号并选择顺序复位，对ＧＴＸ进行初始化，以保证内部锁相环与逻辑功能器件状态稳定㊂待复位完成后，对用于串行数据对齐的特殊字符Ｃｏｍｍａ进行检测㊂检测到Ｃｏｍｍａ字符后，对应检测信号拉高，启动串行数据与时钟的对齐，并将对齐后的数据解串解码㊂解串解码后的并行数据，需要进行／Ｋ／码检测，当连续无误地检测到４个／Ｋ／码后，拉高信号ＳＹＮＣ，协议的码组同步阶段结束㊂初始通道同步阶段开始，外部采集板卡会发送４个包含链路参数的多帧序列，如果序列验证无误，则进入数据传输阶段，链路建立成功；如果验证有误，则回到码组同步阶段，重新初始化ＧＴＸ以及对齐串行数据㊂３．２㊀光纤接口逻辑设计光纤接口逻辑仍依托于ＦＰＧＡ的底层ＧＴＸ串行收发器，同时采用Ａｕｒｏｒａ协议进行传输㊂Ａｕｒｏｒａ是一个轻量级链路层协议，在ＸｉｌｉｎｘＦＰＧＡ中可免费使用，图６㊀协议同步交互流程拓展性强且占用资源成本低，方便用户针对开发需求进行定制，图７是ＡｕｒｏｒａＩＰ的内部逻辑结构㊂图７㊀ＡｕｒｏｒａＩＰ内部逻辑结构针对系统的高速数据流设计需求，设计具体采用Ａｕｒｏｒａ６４Ｂ／６６Ｂ协议，其相较传统８Ｂ／１０Ｂ编码方式的传输开销更低，线路速率更高，最高可达１０．３１２５Ｇｂｐｓ［１１］㊂用户数据接口采用通用化总线接口中的ＡＸＩ４－Ｓｔｒｅａｍ接口，ＡＸＩ４－Ｓｔｒｅａｍ接口面向高速数据流传输，无需考虑地址映射，允许无限制数据突发传输㊂整个接口通过全局逻辑完成通道绑定以及进行通道初始化，由通道逻辑实例化驱动ＧＴＸ串行收发器，处理数据流的解码和编码，并执行错误检验㊂３．３㊀数据缓存逻辑设计数据缓存单元采用基于ＸｉｌｉｎｘＭＩＧＩＰ的乒乓读写操作控制方案，利用对不同存储区域的读写切换有效降低预充电命令与激活命令之间的时间间隔，并且使用超长突发操作减少发送列寻址和读写命令所造成的时间延时［１２］，显著地提高数据传输效率㊂本设计中乒乓操作流程如图８所示，将ＤＤＲ３分为Ａ㊁Ｂ两个Ｂａｎｋ，当初始化完成之后，缓存逻辑以写满ＤＤＲ３中的ＡＢａｎｋ作为开始标志；往ＢＢａｎｋ写数据至写满后，并自ＡＢａｎｋ读出数据至读空，组成一个图８㊀ＤＤＲ３读写乒乓操作流程乒乓操作；同理，自ＢＢａｎｋ读出数据至读空后，并往Ａ㊀㊀㊀㊀㊀第１２期王红亮等：基于ＦＰＧＡ的ＪＥＳＤ２０４Ｂ－光纤传输接口转换器设计１１３㊀㊀Ｂａｎｋ写数据至写满，组成另一个乒乓操作，２个操作循环往复；数据传输结束时，缓存逻辑将ＡＢａｎｋ中数据读出，作为ＤＤＲ３中数据缓存结束的唯一标志㊂另外，由于只是一块ＤＤＲ３及一个ＭＩＧＩＰ来实现乒乓操作，其中命令地址线是共用的，因此该设计利用分时复用的方法来达到读写数据线和地址线的调用㊂４㊀测试验证为测试系统ＪＥＳＤ２０４Ｂ接口单元功能完整性，外部采集板卡选用具有ＪＥＳＤ２０４Ｂ接口的ＡＤＳ５４Ｊ６０ＥＶＭ采集板，其采样分辨率为１６位，采样率设为５００Ｍｓｐｓ，传输编码方式为８Ｂ／１０Ｂ，则测试链路的线路速率为１０Ｇｂｐｓ㊂由信号源向采集板卡提供２．５ＭＨｚ的模拟正弦波信号输入，Ｖｉｖａｄｏ软件与ＩＬＡ核抓取ＦＰＧＡ内部逻辑信号，功能测试结果如图９所示㊂可以看出，在ＧＴＸ复位完成及Ｃｏｍｍａ码检测对齐正确后，通道恢复出正确的Ｋ码，并按顺序完成码组同步，初始通道同步，用户数据传输各阶段，采集到稳定平滑的正弦波信号，ＪＥＳＤ２０４Ｂ链路建立成功㊂图９㊀ＪＥＳＤ２０４Ｂ单元板级逻辑验证时序图其次，测试系统整体链接传输功能㊂为方便数据观测，将采集板卡配置为测试模式，发送连续递增数据序列，并将光纤接口单元与外部高速存储测试记录仪互连㊂序列发送周期为１０００个采样点，双通道数据链路发送，ＦＰＧＡ内部数据抓取结果如图１０所示，高速存储记录仪记录数据结果如图１１所示㊂结果显示，采集板数据可通过系统稳定无误的传输至高速存储记录仪㊂图１０㊀递增序列板级逻辑数据抓取结果５㊀结束语本文设计了一种ＪＥＳＤ２０４Ｂ－光纤传输接口转换器，实现了ＪＥＳＤ２０４Ｂ接口与光纤接口的桥接传输，拓展ＪＥＳＤ２０４Ｂ信号的通用性与传输距离，使之能与高速数据分析存储设备对接㊂通过测试，链路传输速率可达１０Ｇｂｐｓ，且数据传输稳定无误，符合设计要求㊂本文为高速数据采集传输领域的提供了一种解决方图１１㊀高速存储记录仪数据记录结果案，对与ＪＥＳＤ２０４Ｂ接口自主化的进一步研究具有参考意义㊂参考文献：［１］㊀董伟涛，伊小素，曾华菘，等．基于ＦＰＧＡ的ＳｐａｃｅＦｉｂｒｅ－ＵＳＢ３．０接口卡设计［Ｊ］．仪表技术与传感器，２０１９（８）：２７－３１．［２］㊀田瑞，刘马良．ＪＥＳＤ２０４Ｂ协议的高速串行转换器接口［Ｊ］．西安电子科技大学学报，２０１７，４４（４）：６９－７４．［３］㊀胥京宇．ＪＥＳＤ２０４：更先进的高速转换器至ＦＰＧＡ接口标准［Ｊ］．世界电子元器件，２０１３（６）：６８－６９．［４］㊀ＳＰＩＲＩＤＯＮＳ，ＹＡＮＨ，ＥＢＥＲＨＡＲＴＨ．Ａｌｉｎｅａｒｉｔｙｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒｏｖｅｒｃｏｍｉｎｇｓｉｇｎａｌ⁃ｄｅｐｅｎｄｅｎｔｉｎｄｕｃｅｄｓｗｉｔｃｈｉｎｇｔｉｍｅｍｉｓｍａｔｃｈｉｎＤＡＣ－Ｂａｓｅｄｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒｓ［Ｃ］．ＥｕｒｏｐｅａｎＳｏｌｉｄ⁃ＳｔａｔｅＣｉｒｃｕｉｔｓＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（ＥＳＳＣＩＲＣ），２０１５：３４７－３４７．［５］㊀王红亮，曹京胜．基于ＪＥＳＤ２０４Ｂ协议的数据采集接口设计与实现［Ｊ］．电测与仪表，２０１８，５５（７）：８７－９１．［６］㊀冯克迁．ＪＥＳＤ２０４Ｂ协议在Ｘｉｌｉｎｘ系列ＦＰＧＡ上的设计与实现［Ｄ］．成都：电子科技大学，２０１９．［７］㊀刘祯，王世明，方子穆．光纤通信技术与光纤传输系统的研究［Ｊ］．中国新通信，２０１９，２１（３）：１．［８］㊀罗义军，陈松．基于ＰＣＩｅ接口的高速数据采集系统［Ｊ］．仪表技术与传感器，２０１９（５）：９１－９５．［９］㊀Ｘｉｌｉｎｘ．ＬｏｇｉＣＯＲＥＩＰＪＥＳＤ２０４ｖ７．２ＰｒｏｄｕｃｔＧｕｉｄｅ［ＤＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｘｉｌｉｎｘ．ｃｏｍ，２０１７．［１０］㊀ＪＥＤＥＣ．ＪＥＳＤ２０４Ｂ．ＳｅｒｉａｌＩｎｔｅｒｆａｃｅｆｏｒＤａｔａＣｏｎｖｅｒｔｅｒｓ［Ｓ］．３１０３Ｎｏｒｔｈ１０ｔｈＳｔｒｅｅｔＳｕｉｔｅ２４０ＳｏｕｔｈＡｒｌｉｎｇｔｏｎ：ＪＥＤＥＣ，ＪＡＮＵＡＲＹ２０１２．［１１］㊀Ｘｉｌｉｎｘ．ＬｏｇｉＣＯＲＥＩＰＡｕｒｏｒａ６４Ｂ／６６Ｂｖ１２．０ＰｒｏｄｕｃｔＧｕｉｄｅ［ＤＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｘｉｌｉｎｘ．ｃｏｍ，２０１９．［１２］㊀项力领，刘智，杨阳，等．单片ＳＤＲＡＭ的数据读写乒乓操作设计［Ｊ］．长春理工大学学报（自然科学版），２０１３，３６（５）：１４０－１４３．作者简介：王红亮（１９７８ ），副教授，博士，主要研究方向为测试系统集成㊁目标检测与识别㊁应用软件开发㊁超声成像等㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｗｈｌ＿ｎｕｃ＠１６３．ｃｏｍ和爽（１９９５ ），硕士研究生，主要研究方向为高速数字总线接口技术㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：１３０６０２４２１７＠ｓｔ．ｎｕｃ．ｅｄｕ．ｃｎ。
基于FPGA的光纤通信数据传输技术探究
Special Technology专题技术DCW不管是国防范围内的导弹制造还是民用范围内的数据传输，对目标信息的传输和处理的实时性都有着较高的要求，而这种需求的满足需要得到高速数据传输技术的支持。
为了满足社会各个领域发展中的数据传输需求，有必要不断提升数据传输的速度，因此具有高速性的FPGA光纤通信数据传输技术研究具有重要的现实意义。
1 光纤通信数据传输技术研究1.1 光纤通信技术光纤通信技术在现代信息技术中发挥着重要的作用，尤其是高速数据传输领域应用范围。
在各种光电器件性能逐步提升和完善的过程中，光纤通信技术也实现了进一步发展，不仅拥有更大的传输带宽，而且传输速度也有了大大的提升。
光电通信系统中的信号通常是从发射端发出，每次发送前都必须在光发射机里进行电光转换处理，沿着光纤传输到接收端，传输过程中的光损耗需要通过中继器来补偿，以此增加传输驱动力。
传输信号通过光接收机再次进行光电转换，以原始信号的形式输出，从而实现数据的传输。
1.2 高速串行数据传输技术以传统数据并行传输技术为基础，经过不断的升级和改进后便得到了高速串行数据传输技术，从此朝着以高速传输为主要发展方向逐步升级。
高速串行数据传输技术在实际应用过程中对硬件要求很高，为了充分满足这一应用需求，需要基于FPGA结合可编辑逻辑资源和集成GTX模块配置收发器。
在可编程发送端和CML串行驱动器基础上完成的电压摆幅和终端配置具有很好的信号优化作用，以保证数据路径延迟的可行性，还需对线路的速率进行合理的控制。
此外，要将out-of-band信号和beacon信号充分的利用起来，满足SATA设计和PCIExpress设计。
1.3 光纤通信技术在数据传输中的优势光纤通信数据传输技术被广泛的应用到了各个国家数据传输中，这种以光纤为介质、具备高频率载波的数据传输技术在实际应用中具有很多优势，尤其是超大的传输容量和极高的载波频率，这两点都是当前其他通信技术无法达到的。
基于FPGA的光通信系统设计与开发
基于FPGA的光通信系统设计与开发近年来，随着互联网的迅速发展，数据传输速度越来越成为一项关切的问题。
而其中最被关注的便是光通信技术，因其具有传输速度快、噪声小等优点，已成为目前高速通信技术的主流之一。
光通信系统中，最需要关注的设备当属FPGA。
FPGA（Field Programmable Gate Array）是现代普遍使用的重要的可编程逻辑芯片，它能够通过电子信号控制内部的可编程逻辑门电路，实现自定制的计算任务，因此它在光通信系统中占据了重要的地位。
基于FPGA的光通信系统如何设计与开发呢？这里本篇文章将详细讲解。
一、光通信系统的基本组成部分光通信系统的基本组成部分包括：发光装置、传输介质、接收装置等三部分。
发光装置包括激光器和调制器，激光器可以将大功率电信号转换为光信号，调制器则是将电信号转化为光信号，并且能够进行光强度的调制，从而实现数字信号传输。
传输介质就是光纤，光纤分为单模光纤和多模光纤，其中多模光纤是较为常见的光纤，其带宽通常范围在10MB/s到100MB/s。
接收装置则包括光零件、放大器和接收器等三部分，它们可以将光信号转化为电信号，并通过接收器将电信号传输到完整的数据接收站。
二、基于FPGA的光通信系统的设计在光通信系统中，FPGA本身就有着极高的可编程性和定制性，因此可以将其作为光通信系统的主控制系统。
基于FPGA的光通信系统的设计，可以使用硬件描述语言（HDL）来进行。
例如Verilog HDL，在数码电路设计上，Verilog 常被用于描述单独的模块，这种基于模块分层设计的方式很便于对多个硬件部件进行特定的调整和优化，而FPGA本身就是由一系列可定制的模块组成的，因此Verilog和FPGA的组合就很自然。
在Verilog的代码实现中，可以采用实体化设计的方式，将完整的光通信系统分为多个小模块，如时钟分频器、串行并行转换模块、CRC校验模块等等，然后通过模块之间的连接来构建整体的光通信系统。
基于FPGA的SFP光纤通信控制器的研究与设计
基于FPGA的SFP光纤通信控制器的研究与设计王丽娟;李锦明;杜东海【摘要】针对高速数据存储器对光纤数据高速率、大容量的要求，设计了一种SFP（Small Form Pluggable）热插拔小封装模块高速光模块控制器。
该设计采用Spartan-6 FPGA为核心控制器、高速串行技术为支撑，进行了接口电路的设计，且重点介绍了控制器的自定义协议的设计和仿真。
通过分析集成比特误码率测试仪器（IBERT）测试和Chipscope抓取的数据，验证了光纤数据能够以不低于1 Gbit/s的速率进行数据存储。
结果表明该设计具有封装小，可移植性强等优点，在某高速数据存储器中已得到了成功应用。
%Aiming at the requirement of high speed data storage to optical data with high speed and large capacity,a new SFP(small form pluggable)hot swap small package module with high speed optical module is designed. The de⁃sign adopted spartan-6 FPGA as the core controller,high-speed serial technology as technical support,accom⁃plished the hardware design of interface circuit and focused on the design and Simulation of the custom protocol of the controller. It is verified that the optical data package is correctly transmitted to user data interface of the high-speed serial transceiver with the speed rate more than 1 Gbit/s through test of the integration of the bit error rate test instrument(IBERT)and data captured by Chipscope. The results show that the design has the advantages of small package,wide portability,etc. and it has been successfully applied in a high speed data storage.【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2016(039)003【总页数】6页(P605-610)【关键词】光纤通信;高速串行;FPGA;SFP光模块;高速数据存储【作者】王丽娟;李锦明;杜东海【作者单位】中北大学电子测试国家重点实验室，仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原030051;中北大学电子测试国家重点实验室，仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原030051;中北大学电子测试国家重点实验室，仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原030051【正文语种】中文【中图分类】TN919.34在光纤通信领域，光模块作为光纤通信的关键器件，小型封装可热插拔SFP （Small Form Pluggable）光模块体积小，支持热插拔，且提供了简单的模块运行使用和参数监测手段，所以SFP光模块成为研究人员的热选，最新的光模块速率已经达到10 Gbit/s及以上，且正在朝低噪声、低误码率、远距离传输方向发展。
基于FPGA的多路光纤数据传输系统设计与研究
基于FPGA的多路光纤数据传输系统设计与研究史韶丰;刘继【摘要】以可编程芯片FPGA、串化解串芯片、光纤收发模块和多路复用解复用器为主要器件,进行了工业现场多个数据采集端与数据总处理端之间,分别通过光纤进行远距离高速数据传输的硬件电路设计,并制作了PCB对系统进行测试,保证数据传输的稳定性.【期刊名称】《微处理机》【年(卷),期】2014(035)001【总页数】3页(P15-17)【关键词】光纤数据传输;串化解串器;现场可编程门阵列【作者】史韶丰;刘继【作者单位】同济大学铁道与城市轨道交通研究院,上海200331;同济大学铁道与城市轨道交通研究院,上海200331【正文语种】中文【中图分类】TP3随着现代工业技术的发展，检测对象变得越来越复杂，分布也越来越广，分布式检测仪器的应用不断增加。
因此，对这些数据的可靠传输和分析处理成为一个重要问题。
针对光纤传输技术在一般工业现场的应用，提出了一种基于FPGA的多路光纤数据传输系统的硬件设计，将分布在十个地方的传感器所采集到的数据通过光纤传输到距离很远的数据总处理端。
分别制作了数据发送端（采集端）和接收端（处理端）的PCB板，对系统进行验证和测试。
系统包括十个光发送板和一个光接收板，由主控芯片FPGA、串化解串器（SerDes）、LVDS／LVPECL转换电路、SFP光模块、光纤多路复用器、解复用器等模块组成，实现多对一的数据传输。
系统硬件结构如图1所示。
主控芯片FPGA采用Altera公司的CycloneⅢ系列芯片EP3C25Q240C8。
每路数据采集端的FPGA将采集到的18位并行数据发送至串化解串器，串化器将并行信号转换为串行LVDS信号。
转换电路将LVDS信号转换为SFP光模块能接收的LVPECL信号，光发送器经过光电转换发出光信号，经过光纤传输至数据处理端的光接收器。
经过光电转换和LVPECL／LVDS转换后得到的差分信号通过多路复用器进入解串器，解串器将串行LVDS信号恢复成18位并行信号。
光纤光栅传感系统中基于FPGA的数据采集与解调控制方法研究的开题报告
光纤光栅传感系统中基于FPGA的数据采集与解调控制方法研究的开题报告一、选题背景光纤光栅是一种具有高灵敏度、高分辨率、实时性好等特点的传感器，广泛应用于石油、天然气、航空航天、建筑结构和环境监测等领域。
随着现代信息技术的快速发展，将光纤光栅与FPGA（现场可编程门阵列）相结合，可以实现高速、高精度的数据采集和处理，提高光纤光栅传感系统的性能。
二、研究目的本课题旨在研究光纤光栅传感系统中基于FPGA的数据采集与解调控制方法，通过对FPGA开发板的编程实现光纤光栅信号的采集、解调和处理，并探究优化算法，提高系统性能和稳定性，为光纤光栅传感技术的进一步应用提供支持。
三、研究内容本课题研究内容包括以下几个方面：1. 光纤光栅传感系统的原理和特点，介绍光纤光栅传感器和FPGA的基本原理和特点，分析两者结合的可行性。
2. FPGA开发环境搭建，使用Vivado软件开发FPGA设计，建立光纤光栅传感器数据采集系统的硬件平台并进行仿真验证。
3. 光纤光栅信号处理算法的研究，包括光纤光栅传感器原始数据采集、解调、滤波处理等。
4. 系统性能测试与分析，对系统进行实验验证，测试系统响应时间、稳定性、精度等性能指标，并进行分析和优化。
四、研究意义本研究可以充分发挥光纤光栅传感器和FPGA的相互补充作用，提高光纤光栅传感系统的数据采集和处理能力，扩大其应用领域，具有重要的理论和实际应用价值。
五、研究方法本研究采用综合实验室实验，使用现场可编程逻辑门阵列（FPGA）控制传感器进行信号采集、解调和处理。
在实验的过程中，筛选优化不同的算法和方法，达到优化系统性能的目的。
六、研究进度计划阶段完成时间（年/月）完成内容第一阶段 2022/03 数据采集系统硬件平台建立第二阶段 2022/06 光纤光栅信号处理方法研究第三阶段 2022/09 系统性能测试与分析第四阶段 2022/12 论文撰写和答辩准备。
基于FPGA的高速光纤通信数据传输技术的实现
基于FPGA的高速光纤通信数据传输技术的实现摘要：基于FPGA，对高速光纤通信数据传输技术进行研究，了解其层次结构、工作原理及其应用效果。
为了更好的满足高速数据传输的需求，进行科学、合理的设计，提高测控通信系统数据传输高速性和准确性。
本文通过对高速光纤通信数据传输技术的研究，探讨基于 FPGA 高速光纤通信系统的设计方法，对于高速光纤通信数据传输的实现具有重要意义和价值。
关键词：FPGA；高速光纤通信；数据传输技术前言：现代测控通信系统中集合了计算机技术、通信技术和微电子技术等，能够更加高效、高速的处理复杂的数据，保证数据交换、传输的实时与准确，在雷达探测、导弹制导、卫星遥感等多个领域当中发挥着重要的作用。
高速光纤通信数据传输技术是现代测控通信系统重要支撑，其应用是高速数据传输的基础条件，充分满足大数据量和数据传输带宽增大条件下的数据传输要求。
基于FPGA 实现高速光纤通信数据传输技术的应用，进一步提升了传输数据量和可靠性。
1.高速光纤通信数据传输技术1.1光纤通信技术在现代测控通信系统中，光纤通信技术是不可或缺的通信技术手段，在高速数据传输当中发挥着十分重要的作用。
随着光电器件性能的进一步提升和完善，在很大程度上促进了光纤通信技术的发展，其传输速度更快，且传输容量更大。
在光电通信系统当中，经由发射端发送信号，发送前需经过光发射机进行电光转换，经光纤传输至接收端，其过程中需要中继器来补偿光损耗，进而增加驱动能力。
由光接收机再行光电转换，进而传输信号再次转换为原始信号，将恢复的信号进行输出[1]。
光纤通信系统的工作流程如图1所示：图1：光纤通信系统的工作流程光纤通信协议主要包括光纤分布式数据接口（FDDI）、吉比特光纤以太网（GBE）光纤通道（FC），其层次结构如图2（a）、2（b）和2（c）所示：图2（a）：FDDI层次结构图2（b）：GBE层次结构图2（c）：FC层次结构光纤通信技术的应用，其信道带宽更宽，进而增大了传输容量，同时也增加了中继距离，其具有抗干扰性强、保密性好的优点。