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Xilinx公司 Tom Fischaber/ Krista Marks/ Hamish Fallside

　　在電信行業(yè)中，SONET網(wǎng)絡(luò)無(wú)處不在，被廣泛應(yīng)用于語(yǔ)音和數(shù)據(jù)傳輸。目前的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議主要針對(duì)傳輸層，如針對(duì)語(yǔ)音和數(shù)據(jù)的ATM協(xié)議以及針對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)腍DLC或PPP協(xié)議。然而，因?yàn)檫@些協(xié)議都不是專門針對(duì)通過(guò)SONET/SDH網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸而開發(fā)的,所以都會(huì)引起帶寬效率的降低。

　　此外,電信運(yùn)營(yíng)商希望通過(guò)增加自己網(wǎng)絡(luò)上所傳輸?shù)目蛻魳I(yè)務(wù)類型以及優(yōu)化帶寬利用情況來(lái)增加營(yíng)收。這包括捕捉新市場(chǎng)機(jī)會(huì)，如存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN-采用光纖通道(Fibre Channel)）以及新興的視頻點(diǎn)播（利用DVB-SAI）應(yīng)用。Fibre Channel和DVB代表了這些數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議所定義的兩類特殊客戶業(yè)務(wù)或客戶數(shù)據(jù)類型。

　　通用成幀規(guī)程（GFP）能夠支持多種客戶網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，是能夠滿足廣泛的數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用需求的第一種封裝機(jī)制。GFP被國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）接受并作為G.7041/Y.1303標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)提供了不同協(xié)議映射到傳輸網(wǎng)絡(luò)的靈活及有效的機(jī)制。

　　本文將討論一種靈活的網(wǎng)絡(luò)解決方案，能夠滿足系統(tǒng)供應(yīng)商部署城域設(shè)備時(shí)提供前述服務(wù)的需要。賽靈思（Xilinx）公司所提供的解決方案包括利用Virtex-II PRo 器件提供全面集成的客戶適配解決方案，直到利用Spartan-3 FPGA支持低成本的協(xié)議封裝。Virtex-II Pro和Virtex-II Pro X中集成的高速RocketIO收發(fā)器支持多種客戶協(xié)議，從而可以利用工作在高達(dá)1～11 Gbps速率的協(xié)議實(shí)現(xiàn)無(wú)縫通信，再結(jié)合嵌入式PowerPC處理器，不僅可在單片F(xiàn)PGA器件中支持客戶適配能力，還可提供實(shí)時(shí)控制和處理能力。

　　基于這些平臺(tái)和賽靈思公司豐富的ip內(nèi)核產(chǎn)品，新的GFP內(nèi)核提供了一種完全可配置的解決方案，支持在快速變化的電信環(huán)境中實(shí)現(xiàn)具有動(dòng)態(tài)適應(yīng)能力的定制解決方案。

　　GFP標(biāo)準(zhǔn)

　　GFP采用的是將基于八字節(jié)的數(shù)據(jù)流直接映射到八字節(jié)同步流中，如同步光學(xué)網(wǎng)絡(luò)/同步數(shù)
　　由于幀起始嵌入在GFP流中，因此為保證數(shù)據(jù)傳輸，兩個(gè)GFP端點(diǎn)首先必須實(shí)現(xiàn)同步。單個(gè)端點(diǎn)的同步過(guò)程是這樣的:先檢測(cè)內(nèi)核頭部是否存在正確的CRC域，如果存在的話，就利用長(zhǎng)度域指向下一個(gè)幀的起點(diǎn),然后重復(fù)這一過(guò)程。如果在預(yù)先編程設(shè)定的重復(fù)次數(shù)內(nèi)這一過(guò)程都是成功的，那么就實(shí)現(xiàn)了GFP流同步過(guò)程。

　　GFP協(xié)議有些方面對(duì)于所有實(shí)現(xiàn)方式都是共同的。這包括諸如幀定界和同步；CRC插入/檢測(cè)/校正以及擾碼編碼處理等選項(xiàng)。

　　除了這些共同的方面以外，為了處理不同的協(xié)議映射方式，還需要一些特殊的客戶功能。這包括針對(duì)兩類客戶數(shù)據(jù)映射方式的一些選項(xiàng)：幀映射（GFP-F）和透明映射（GFP-T）。表1列出了G.7041標(biāo)準(zhǔn)支持的所有GFP-F和GFP-T協(xié)議。

　　GFP-F支持可變長(zhǎng)度的幀數(shù)據(jù)（即包含可變長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)包）。此時(shí)一個(gè)客戶幀（如一個(gè)以太網(wǎng)幀）被直接映射到一個(gè)GFP-F幀中。這時(shí)，在系統(tǒng)中需要有一個(gè)媒體訪問(wèn)控制器（MAC）來(lái)端接第2層協(xié)議。例如在以太網(wǎng)中，一個(gè)以太網(wǎng)MAC負(fù)責(zé)去除前導(dǎo)位和幀分界符，校驗(yàn)CRC，并將以太網(wǎng)幀交給GFP端點(diǎn)進(jìn)行封裝。

　　GFP-T支持固定數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度和傳輸塊編碼（block-coded）固定速度流（如Fibre Channel，Ethernet，或ESCON/SBCON）。這種模式下生成的是封裝了塊編碼數(shù)據(jù)的GFP幀，其中包括映射為64B65B塊編碼的客戶協(xié)議8B10B數(shù)據(jù)和控制（符號(hào)）。

　　透明映射協(xié)議不需要在傳輸前緩沖整個(gè)客戶幀。相反，數(shù)據(jù)和控制符號(hào)都是按順序處理的。八個(gè)8B/10B符號(hào)（加上一個(gè)標(biāo)志位）組合為一個(gè)64B/65B塊編碼。這一塊編碼同時(shí)包括數(shù)據(jù)字符和控制字符。

　　然后，八個(gè)64B/65B塊代碼被組合為一個(gè)超級(jí)塊（65字節(jié)數(shù)據(jù)+CRC16）。多個(gè)超級(jí)塊被組合為GFP凈荷，其中每個(gè)幀中的超級(jí)塊數(shù)量依賴于具體的協(xié)議（對(duì)于千兆以太網(wǎng)為95，對(duì)于光纖通道為13）。GFP-T不需要MAC功能，因?yàn)樗鼘?duì)于所傳輸?shù)膮f(xié)議實(shí)際上是透明的。

　　到底是選擇GFP-F還是選擇GFP-T依賴于具體的應(yīng)用和系統(tǒng)要求。GFP-F保證只傳輸實(shí)際數(shù)據(jù)，因此提供了更高的帶寬效率；同時(shí)GFP-T則傳輸包括數(shù)據(jù)、幀代碼、前導(dǎo)位以及閑置位在內(nèi)的所有信息。

　　GFP-F在系統(tǒng)中引入更大的延遲，因?yàn)樵趥鬏斍氨仨毾冉邮胀暾膸Ｍ瑫r(shí)根據(jù)系統(tǒng)具體情況，這也意味著可能需要使用外部存儲(chǔ)器。GFP-T不需要傳輸完整的幀，因此可達(dá)到更小的系統(tǒng)延遲。實(shí)際應(yīng)用中，長(zhǎng)距離傳輸會(huì)引入時(shí)延（由于傳輸介質(zhì)的延遲），因此需要在客戶適配層增加額外的功能來(lái)保證滿足協(xié)議的時(shí)延要求。被稱為“spoofing”(電子欺騙)的這一功能對(duì)于有些客戶協(xié)議來(lái)說(shuō)非常關(guān)鍵，例如光纖通道協(xié)議。因?yàn)檫@些協(xié)議對(duì)于傳輸時(shí)延有非常嚴(yán)格的要求。

　　Xilinx GFP內(nèi)核

　　賽靈思提供的一種GFP IP內(nèi)核解決方案支持所有這些協(xié)議并完全實(shí)現(xiàn)了ITU-T所定義的G.7041/Y.1303標(biāo)準(zhǔn)，包括端到端幀定界的系統(tǒng)級(jí)功能，客戶管理和數(shù)據(jù)幀支持，以及基于通道的幀映射或透明映射配置。除了支持G.7041所規(guī)定的所有特性以外，Xilinx解決方案還提供了許多選項(xiàng)，可方便進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)集成和調(diào)試。

　　利用Xilinx CORE Generator工具，設(shè)計(jì)人員可方便地配置GFP內(nèi)核來(lái)滿足自己的系統(tǒng)要求，可供選擇的工作模式有三種：幀映射（frame-mapped），透明映射（transparent-mapped），或混合模式（mixed mode）。混合模式允許針對(duì)每個(gè)通道指定該通道是采用幀映射方式還是透明映射方式。還可以通過(guò)GFP主機(jī)接口方便地修改工作模式。

　　賽靈思提供的GFP內(nèi)核還提供了對(duì)線性擴(kuò)展頭（linear extension header）的可選支持，可以配置為多達(dá)10個(gè)獨(dú)立通道。通過(guò)選擇可選的通用主機(jī)接口，還可以實(shí)時(shí)修改控制和狀態(tài)寄存器。

　　利用CORE Generator系統(tǒng)，設(shè)計(jì)人員可對(duì)GFP內(nèi)核的行為進(jìn)行全面定制。特定的配置可決定GFP內(nèi)核如何處理幀以及物理實(shí)現(xiàn)時(shí)所需要的資源。

　　GFP內(nèi)核分為一個(gè)MAP（映射）內(nèi)核和一個(gè)UNMAP（解映射）內(nèi)核。MAP內(nèi)核在系統(tǒng)接口端接收客戶網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)（如以太網(wǎng)），進(jìn)行數(shù)據(jù)封裝并將生成的幀通過(guò)線路接口（如SONET）進(jìn)行傳輸。

　　UNMAP內(nèi)核的工作過(guò)程正好相反，通過(guò)線路接口接收封裝后的數(shù)據(jù)，對(duì)幀進(jìn)行解映射來(lái)提取客戶網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)，然后再通過(guò)系統(tǒng)接口傳輸。GFP內(nèi)核在線路接口和客戶接口采用Xilinx LocalLink接口標(biāo)準(zhǔn)來(lái)直接連接至其它內(nèi)核和參考設(shè)計(jì)。

　　在幀映射模式中，客戶為MAP內(nèi)核系統(tǒng)接口提供一個(gè)完整的數(shù)據(jù)幀，這個(gè)完整的數(shù)據(jù)幀會(huì)在無(wú)停頓的情況下發(fā)送出去。在透明映射模式中，MAP內(nèi)核自動(dòng)處理下溢（underflow），在幀中插入填充字（PAD WordS），這樣客戶就不必提供無(wú)中斷的數(shù)據(jù)幀了。

　　每一內(nèi)核都有一個(gè)主機(jī)接口（一個(gè)PowerPC設(shè)備控制寄存器[DCR]總線），通過(guò)這個(gè)接口可以訪問(wèn)一組控制和狀態(tài)寄存器。如果只需要缺省控制信號(hào)，可以將內(nèi)核配置為不使用狀態(tài)寄存器，這樣可以減少所需要的資源數(shù)量。

　　完整解決方案

　　GFP的應(yīng)用非常多，不同的系統(tǒng)架構(gòu)和要求會(huì)帶來(lái)不同的應(yīng)用要求組合。

　　例如，如果使用支持GFP（GFP-aware）的成幀器，那么就可以配置GFP內(nèi)核來(lái)提供成幀器所不支持的功能選項(xiàng)，從而增強(qiáng)成幀器功能。此類應(yīng)用的例子包括利用線性擴(kuò)展頭或透明映射模式實(shí)現(xiàn)通道化（channelization ）。

　　如果應(yīng)用使用的成幀器不支持GFP，那么可配置GFP內(nèi)核，以完成所有GFP功能，包括幀定界和同步、CRC以及擾碼。

　　利用CORE Generator軟件，您可輕松創(chuàng)建滿足您要求的內(nèi)核，從而最小化所需要的FPGA資源。

　　除了GFP內(nèi)核以外，配合賽靈思提供的其它解決方案可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)SONET進(jìn)行Ethernet或Fibre Channel傳輸?shù)耐暾到y(tǒng)。

　　可配置PCS（CPCS）：賽靈思應(yīng)用指南XAPP739展示了如何利用Virtex-II Pro MGT，為一系列協(xié)議（FC [1G, 2G], ESCON/SBCON, 和GE）提供了一個(gè)可配置的PCS。利用PowerPC，它動(dòng)態(tài)控制每個(gè)端口的PCS模式，在透明映射和幀映射模式下都可支持多達(dá)8個(gè)通道。

　　SPI-4.2（System Packet Interface level 4 phase 2）IP解決方案提供了一個(gè)完全兼容的內(nèi)核，可在網(wǎng)絡(luò)和通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)POS（Packet Over SONET）物理層器件和鏈路層器件間的數(shù)據(jù)路徑連接。這一SPI-4.2內(nèi)核支持利用一個(gè)資源優(yōu)化的OC-48（2.5 Gbps）接口和一個(gè)高性能（高于 14Gbps）接口通過(guò)OC-192成幀器和映射器，以及千兆和10G以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路MAC來(lái)連接網(wǎng)絡(luò)處理器。

　　1GE MAC IP內(nèi)核解決方案提供支持IEEE 802.3-2002的一個(gè)半雙工和全雙工1 Gbps MAC控制器。這一MAC內(nèi)核完成千兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的鏈路層功能。利用該內(nèi)核的千兆位介質(zhì)獨(dú)立接口（GMII），這一內(nèi)核可接口到一個(gè)片外物理層（PHY）器件。做為其它選擇，它還可利用通過(guò)Virtex-II Pro器件中集成的RocketIO收發(fā)器實(shí)現(xiàn)的一個(gè)帶有 10位接口（TBI）的集成1000BASE-X PCS，或者一個(gè)1000BASE-X PCS和PMA。

　　緩沖器管理器參考設(shè)計(jì)展示了如何利用外部DDR-RAM來(lái)按通道緩沖數(shù)據(jù)。

　　Fibre Channel（光纖通道）參考設(shè)計(jì)突出了通過(guò)SONET/SDH網(wǎng)絡(luò)傳輸Fiber Channel業(yè)務(wù)時(shí)除了GFP標(biāo)準(zhǔn)以外的一些特殊要求。包括解決Fibre Channel時(shí)延敏感問(wèn)題的一個(gè)流控制例子。

　　Fibre Channel（光纖通道）參考設(shè)計(jì)展示了通過(guò)SONET/SDH網(wǎng)絡(luò)傳輸Fiber Channel業(yè)務(wù)如何實(shí)現(xiàn)Fibre

　　Channel的一些特殊要求。當(dāng)配置為透明模式時(shí)，GFP內(nèi)核本身并意識(shí)不到所傳輸?shù)木唧w協(xié)議格式。然而，F(xiàn)ibre Channel標(biāo)準(zhǔn)采用了一種時(shí)延敏感的流控制機(jī)制。為成功地實(shí)現(xiàn)這一機(jī)制并滿足苛刻的時(shí)延要求，流控制部分必須進(jìn)行本地端接，而不能跨越SONET/SDH網(wǎng)絡(luò)。這就需要越出GFP內(nèi)核范圍之外的一些專門針對(duì)Fibre Channel協(xié)議的預(yù)處理功能，本參考設(shè)計(jì)也演示了這一預(yù)處理功能。

　　結(jié)論

　　Virtex-II Pro系列FPGA為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)解決方案提供了一個(gè)功能強(qiáng)大的靈活平臺(tái)。高速串行MGT和PowerPC，再加上經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的IP內(nèi)核和參考設(shè)計(jì)，為多種數(shù)據(jù)協(xié)議的傳輸和管理提供了經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的解決方案。

　　ITU-T GFP標(biāo)準(zhǔn)提供了將這些數(shù)據(jù)協(xié)議靈活高效地映射到傳輸網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸?shù)臋C(jī)制。利用Xilinx Virtex-II Pro FPGA和GFP內(nèi)核，您可快速可靠地將這一新技術(shù)應(yīng)用于您的SONET/SDH系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)可滿足您特殊系統(tǒng)要求的解決方案。

　　
摘自　中電網(wǎng)

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GFP內(nèi)核加速LAN/SAN協(xié)議在SONET中的傳輸