淺談通信高速傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、<p>　　淺談通信高速傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　摘 要：進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，如何使系統(tǒng)即使在遠(yuǎn)距離、且容量很大的前提下都能保證數(shù)據(jù)傳送穩(wěn)定性及傳送的質(zhì)量，目前是科技人員所面臨的一項(xiàng)艱巨任務(wù)。這里分析通信高速傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的一些問題，同時(shí)通過分析基于光纖通信和CPI總線的高速傳輸系統(tǒng)的原理，及其設(shè)計(jì)和運(yùn)行程序，闡述了高速傳輸系統(tǒng)的優(yōu)越性。雖然中國(guó)的光纖技術(shù)相比于發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定的差距，但有差距

2、就會(huì)有進(jìn)步空間，所以需要科研人員不斷研究探索以促進(jìn)該系統(tǒng)的完善和發(fā)展。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：光纖通信；PCI總線；高速傳輸；數(shù)據(jù)緩存；光電轉(zhuǎn)換 </p><p>　　中圖分類號(hào)：TN913.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p><b>　　引言： </b></p><p>　　數(shù)據(jù)傳輸在現(xiàn)代生活中應(yīng)用十分的廣

3、泛。例如在天文學(xué)領(lǐng)域、現(xiàn)代應(yīng)用十分廣泛的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域都會(huì)有大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行高速且遠(yuǎn)程的傳輸。那么在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，如何使數(shù)據(jù)即使在遠(yuǎn)距離輸送且容量很大的前提下，系統(tǒng)都能保證數(shù)據(jù)的傳送穩(wěn)定性以及數(shù)據(jù)傳送的質(zhì)量可以得到科技人員不斷的完善?；诠饫w通信和CPI總線的高速傳輸系統(tǒng)可以將計(jì)算機(jī)與傳輸數(shù)據(jù)相結(jié)合，使技術(shù)人員可以實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的傳輸。 </p><p>　　1.高速傳輸系統(tǒng)的原理 </p&

4、gt;<p>　　基于光纖通信和PCI 總線的高速傳輸系統(tǒng)的原理如下述。 </p><p>　　1.1 光纖通信基本原理 </p><p>　　光纖通信在中國(guó)起步比較晚，在將近20 年的發(fā)展中，中國(guó)的光纖通信已經(jīng)較為完善，中國(guó)的許多通信設(shè)備已經(jīng)應(yīng)用光纖通信。但是相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家來說，中國(guó)的光纖通信技術(shù)還有許多不足需要完善。光纖通信的傳輸媒介是光導(dǎo)纖維，即光波在媒介光導(dǎo)纖維中進(jìn)行

5、信息傳輸[2]。為適應(yīng)這種傳輸方式，具有高方向性、高相干性、高單色性等優(yōu)點(diǎn)的激光就作為該通信方式的光波。所以，從這方面來講，光纖通信又叫做激光——光纖通信。這種通信技術(shù)的傳遞及轉(zhuǎn)化順序是從需要傳遞的信息——電——光——電——復(fù)原信息。在傳遞過程中，傳遞信息會(huì)經(jīng)過一定的轉(zhuǎn)化。在進(jìn)行激光傳遞過程中不同的信息所產(chǎn)生的不同的電信號(hào)會(huì)使激光器產(chǎn)生隨電信號(hào)變化的激光。 </p><p>　　1.2 PCI總線工作原理 <

6、;/p><p>　　外設(shè)部件互連標(biāo)準(zhǔn)（PCI，Peripheral ComponentInterconnect）這種技術(shù)在個(gè)人電腦領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛。它是一種局部總線，這種板卡的特點(diǎn)是具有高速性，即插即用性，可靠性，自動(dòng)配置，可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。目前這種接口已經(jīng)取代傳統(tǒng)的ISA 等板卡。目前這種總線已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)的一種標(biāo)準(zhǔn)總線。PCI 總線有32 位和64 位的標(biāo)準(zhǔn)。就32 位標(biāo)準(zhǔn)總線來說，數(shù)據(jù)的傳輸速度最高可以達(dá)到528

7、 MB/s，這種傳輸速度是以往的總線所不能達(dá)到的。由此可見，PCI 總線的傳輸速度在以往的各種總線中都處于領(lǐng)先地位，這就為高速傳輸系統(tǒng)打下了良好的基礎(chǔ)。除了 PCI 總線在速度上由于其它的總線之外，在即插即用方面也有較大的優(yōu)勢(shì)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，來自不同硬件廠商的卡板在使用到一臺(tái)計(jì)算機(jī)上時(shí)就有可能出現(xiàn)不能兼容等問題。而PCI 總線有統(tǒng)一的配置，絕不會(huì)出現(xiàn)沖突問題。相對(duì)于傳統(tǒng)的ISA 總線，大大提高了計(jì)算機(jī)的生產(chǎn)的便利性。綜合以上

8、各種因素，基于 PCI 總線的高速傳輸系統(tǒng)因PCI 先進(jìn)的性能，更能應(yīng)用到實(shí)際需求中。 </p><p>　　2.高速傳輸系統(tǒng)運(yùn)行原理 </p><p>　　基于光纖通信和PCI 總線的高速傳輸系統(tǒng)運(yùn)行原理如下述。基于光纖通信和PCI 總線的高速傳輸系統(tǒng)將光纖通信和PCI 總線相結(jié)合，利用光纖的傳輸距離遠(yuǎn)，性能穩(wěn)定，傳輸速度快的優(yōu)點(diǎn)，并且PCI 總線優(yōu)于其它總線的高速傳輸性能，從而使該高速

9、傳輸系統(tǒng)更加貼合實(shí)際的需要。那么這種高速傳輸系統(tǒng)是如何設(shè)計(jì)工作的呢，下面一一做探討。 </p><p>　　2.1 高速傳輸系統(tǒng)概述 </p><p>　　在介紹光纖通信的原理時(shí)，信息在光纖上傳輸時(shí)是以激光為傳輸方式的，那么這就存在一個(gè)信息轉(zhuǎn)化的問題。那么信息是如何轉(zhuǎn)化的呢，需要一個(gè)控制電路來進(jìn)行，首先在前端采集數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)經(jīng)過FPGA 和FIFO 程序語言進(jìn)行相關(guān)的處理之后，在進(jìn)行電光轉(zhuǎn)

10、換，經(jīng)過光纖傳輸?shù)侥康牡刂笤诮?jīng)過光電轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成的電信號(hào)在經(jīng)過處理，然后再經(jīng)過計(jì)算機(jī)語言FPGA 和RAM 程序的處理后，最終通過PCI 總線傳遞到個(gè)人電腦終端上從而完成一次信息傳遞?？梢?，這種傳遞并非是單向傳遞的，按實(shí)際需要單向傳遞并不能滿足信息傳遞要求。在上述傳遞過程中可以看出，光纖通信和PCI 總線是該高速傳輸系統(tǒng)的核心，占有重要的地位以及作用。 </p><p>　　2.2 系統(tǒng)電路各部分設(shè)計(jì) <

11、/p><p>　　光纖上面進(jìn)行的光電轉(zhuǎn)換的電光轉(zhuǎn)換是非常重要的，如果電路選擇不好，自然信息就沒辦法傳遞。所以在電信號(hào)轉(zhuǎn)化成光信號(hào)和光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)選擇合理的轉(zhuǎn)換工具。現(xiàn)在本項(xiàng)研究中用的是ATR-07101 即光電一體的模塊。除了光與電之間的轉(zhuǎn)換之外，還有串并轉(zhuǎn)換與并串轉(zhuǎn)換。這兩種轉(zhuǎn)換都是為了使光纖傳遞的信號(hào)與收集數(shù)據(jù)端和接受數(shù)據(jù)端進(jìn)行接應(yīng)。在光纖上數(shù)據(jù)是以串行差分信號(hào)傳遞，而兩端卻是并行數(shù)據(jù)進(jìn)行控制的。所以就存在一

12、個(gè)轉(zhuǎn)換問題。同樣的在本 </p><p>　　研究中用的轉(zhuǎn)換電路TI 公司生產(chǎn)的型號(hào)為TLK1501 高速信號(hào)串并-并串轉(zhuǎn)化器。通過這種轉(zhuǎn)化器來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)化功能。根據(jù)文中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程圖可以看出，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行串并和并串轉(zhuǎn)換時(shí)分貝在兩個(gè)階段都會(huì)有，一是發(fā)送端并串轉(zhuǎn)換；另一個(gè)便是接收端的串并轉(zhuǎn)換。根據(jù)不同的數(shù)據(jù)端的特點(diǎn)分別對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換。首先在發(fā)送端的并串轉(zhuǎn)換，并串轉(zhuǎn)換，即將并行數(shù)據(jù)高速轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的串行

13、數(shù)據(jù)。由于本研究所采用的為TLK1501 高速轉(zhuǎn)換器，則這種轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn) </p><p>　　換速度可以使16 位的30～75 MHz 速率的并行數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化成串行數(shù)據(jù)。在接收端的串并轉(zhuǎn)換同樣也會(huì)用到TLK1501 高速轉(zhuǎn)換器。在發(fā)送端和接收端的并串轉(zhuǎn)換盒串并轉(zhuǎn)換分別如圖1 和圖2 所示。 </p><p>　　在PCI總線接口電路中運(yùn)用型號(hào)為PCI9054的橋接芯片，這種芯片使用以及設(shè)計(jì)

14、過程都很簡(jiǎn)單，方便操作以及技術(shù)人員的使用。這種型號(hào)的總線加速器最高的傳輸速度為132 MB/s。大多數(shù)設(shè)備都可以與這種芯片兼容但是需要有相適應(yīng)的軟件進(jìn)行操作。 </p><p>　　2.3 系統(tǒng)控制電路的應(yīng)用與測(cè)試 </p><p>　　在本次研究中系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接收端和發(fā)送端都會(huì)用到FPGA來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的控制和數(shù)據(jù)的緩存。FPGA與光纖通信和PCI總線都有一定意義上的聯(lián)系。同樣的在本研究中也會(huì)

15、采用大眾的EP2C20F484芯片。根據(jù)不同的系統(tǒng)情況來選擇該芯片的型號(hào)。為保證該系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中的安全級(jí)穩(wěn)定，需要在系統(tǒng)投入使用之前進(jìn)行測(cè)試。顯而易見，對(duì)該系統(tǒng)分為三項(xiàng)進(jìn)行測(cè)試。首先對(duì)數(shù)據(jù)的并串和串并進(jìn)行測(cè)試，即對(duì)芯片TLK1501進(jìn)行檢測(cè)，其次是對(duì)數(shù)據(jù)接收端的PCI總線進(jìn)行電路測(cè)試。最后對(duì)系統(tǒng)的整體進(jìn)行測(cè)試。不論是對(duì)哪一部分測(cè)試，都必須做到精準(zhǔn)且按規(guī)定來進(jìn)行。對(duì)于測(cè)試結(jié)果不符合要求的部分要及時(shí)修改或更換，以避免系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)帶 <

16、;/p><p><b>　　來不必要的麻煩。 </b></p><p><b>　　3.結(jié)語 </b></p><p>　　綜上所述，基于光纖通信和PCI 總線的高速傳輸系統(tǒng)結(jié)合了光纖通信和PCI 總線的特點(diǎn)以及優(yōu)點(diǎn)，使這種傳輸系統(tǒng)傳輸更加快速，且數(shù)據(jù)穩(wěn)定還可以滿足遠(yuǎn)距離傳輸。現(xiàn)代的競(jìng)爭(zhēng)是信息、科技與速度的競(jìng)爭(zhēng)，只有掌握了足夠

17、的信息與技術(shù)才能在激烈的世界競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地。雖然就目前而言此項(xiàng)高速傳輸系統(tǒng)可以基本滿足需要，但是經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，這種系統(tǒng)并一定滿足以后的需要。并且中國(guó)的光纖技術(shù)相比于發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定的差距，有差距就會(huì)有進(jìn)步空間，所以將系統(tǒng)進(jìn)一步升級(jí)還需要科研人員不斷地研究探索。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 邢林峰.PCI 總線接口