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基于SoPC的光纤通道控制器的设计及FC-2层实现

柴红刚  
【摘要】: 当前系统芯片设计技术主要有SoC(System on Chip)和SoPC(System on Programmable Chip)。SoC设计依赖于固定的ASIC(Application Specific Integrated Circuit),开发周期长、成本高。SoPC基于可编程器件,它有效地克服了SoC的缺点,具有设计方式灵活、可裁减、可扩充、可升级等优点,并具备一定的系统编程能力。光纤通道协议具有高速、传输距离远、可扩展等优点,在存储领域占有重要地位。用SoPC的方法实现光纤通道控制器能有效发挥SoPC在软硬件定制及系统扩展方面的优势。结合实际情况,系统开发采用软硬件协同设计开发模型,在软硬件功能划分的基础上软硬件并行设计,硬件实现FC(Fibre Channel)协议中的FC0、FC1及FC2层部分功能,软件包括FC2层、FCP(Fibre Channel Protocol for SCSI)层、登陆与发现和资源管理四个模块。 软件中FC2层主要完成帧级管理,并在此基础上实现序列、交换的管理,软件各模块之间使用队列进行通讯,根据不同的使用方式将队列分为链表队列和数组队列;为避免队列被多个模块同时访问时出现的一致性错误,设计了互斥保护机制,在互斥保护时还兼顾了系统性能;对队列满负荷的处理同样考虑了系统性能,依队列在系统数据流中的重要性不同而采取不同的处理方法。FC2层还要完成与硬件的接口工作,帧在硬件和软件之间通过DMA(Direct Memory Access)传输,硬件接收到帧后以中断的方式通知软件读取,为了提高效率对中断产生的条件进行了限制。系统被划分为多个功能部件以实现细粒度的控制,同时采用了集中的事务管理机制,对事务进行集中管理、定时处理,这种方法除了能保证系统正常运行外,还可以简化各功能部件操作,加快处理速度。 通过调试验证,FC2中各模块能实现基本功能。系统还可通过构建多处理器系统和实现硬件聚散技术来提高性能。


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