一种基于光电混合输入的光端机系统的制作方法

1.本发明主要应用于信号传输系统，具体涉及一种基于光电混合输入的光端机系统。


背景技术：

2.随着机载、舰载、车载电子设备的技术发展，分系统、子系统、模块单元之间的信号链路类型多样化，系统与系统之间通信时，大多数解决方案都是将多种传输信号合成一个传输信号进行传输。现阶段的光端机方案均是将多种电信号合成为一路或者多路光信号，不具备光信号链路和电信号链路合成的能力。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具备将光信号数据和电信号数据进行汇集、将合成后的光信号数据恢复为光信号数据和电信号数据功能的基于光电混合输入的光端机系统。
4.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于光电混合输入的光端机系统，其由光电数据合成通道、光电数据恢复通道和fpga构成，光电数据合成通道包括多个光信号接收通道、多个电信号接收通道和一个合成光信号输出通道，光电数据恢复通道包括多个光信号输出通道、多个电信号输出通道和一个合成光信号输入通道；光信号接收通道个数等于光信号输出通道个数，电信号接收通道个数等于电信号输出通道个数；光端机与光端机之间通过光纤进行连接；
5.光信号接收通道通过光纤接收其他光端机传输的光信号，光信号接收通道通过内置的接收光模块对光信号进行接收并将光信号转为电信号，再通过串行数据接口电路将电信号传输至fpga；电信号接收通道通过电缆接收其他模块传输的电信号，并通过串行数据接口电路将电信号传输至fpga；fpga将多路电信号合成为单路电信号，并通过串行接口电路将单路电信号传输至合成光信号输出通道，合成光信号输出通道通过内置的发送光模块将电信号转换为光信号进行输出；
6.合成光信号输入通道通过内置的接收光模块将输入的光信号转为电信号，并通过串行数据接口电路发送数据到fpga；fpga将单路电信号恢复为多路电信号，并分别通过串行数据接口电路将电信号传输至光信号输出通道和电信号输出通道；光信号输出通道模块通过内置的发送光模块将电信号转换为光信号，并通过光纤进行传输，电信号输出通道将fpga发送的电信号通过电缆进行传输。
7.所述fpga分为两部分：光信号数据合成模块和光信号数据恢复模块。
8.所述光信号数据合成模块包括多路光信号通道、多路电信号通道、轮询仲裁模块和aurora发送模块，光信号通道包括依次连接的光信号接收通道、aurora接收模块和fifo，电信号通道包括依次连接的电信号接收通道、srio接收模块和fifo，所有fifo均与轮询仲裁模块相连，轮询仲裁模块连接aurora发送模块；
9.当光信号接收通道传输数据到fpga时，fpga通过内部aurora接收模块集成的高速口接收端将光信号数据进行接收，然后将数据发送到fifo进行缓存；并且对每个光信号接收通道数据缓存fifo赋以不同的id信息用于区分传输通道；
10.当电信号接收通道传输数据到fpga时，fpga通过srio接收模块获取主设备执行的srio nwrite操作事务传输的数据帧，并解析帧头的地址字段，然后将有效数据负载经过数据帧格式封装，封装完成之后的数据再根据解析帧头得到的地址字段信息缓存到对应fifo当中，同样对每个电信号接收通道数据缓存fifo赋以不同的id信息；
11.轮询仲裁模块通过依次遍历所有光信号接收通道fifo和电信号接收通道fifo的id，并从fifo当中读取出数据，然后依次将读取到的数据传输到aurora发送模块，从而实现将多路电信号合成为单路电信号的功能；
12.aurora发送模块实现将从fifo当中读取的数据通过模块内部的aurora ip核集成的高速口的发送端发送到合成光信号输出通道。
13.所述光信号数据恢复模块包括aurora接收模块、数据分发模块、多个电信号通道和多个光信号通道；电信号通道包括fifo和srio发送模块，光信号通道包括fifo和aurora发送模块；
14.当合成光信号输入通道发送数据到fpga时，fpga内部通过aurora接收模块集成的高速口将合成的光信号数据进行接收并将接收到的光信号转换为电信号，然后将电信号传输至数据分发模块；
15.数据分发模块对电信号进行解析，提取数据的通道id信息以及对应的帧数据，并根据通道id将解析出的帧数据缓存到对应地址的aurora发送模块以及srio发送模块的fifo当中，从而实现将单路数据恢复为多路信号的功能；
16.aurora发送模块将数据通过内部集成的高速口的发送端将fifo的数据读出并发送到光信号输出通道，实现将合成光信号数据恢复为多通道光信号数据；srio发送模块通过接收主设备的srio nread请求事务然后做出数据响应操作，将fifo的数据发送到电信号输出通道，然后发送到主设备，实现将合成光信号数据恢复为多通道电信号数据；
17.srio发送模块通过内部srio ip来响应主设备的srio nread请求操作来完成数据的传输；当接收的nread请求时，首先需要解析nread请求包，获取数据响应地址以及响应数据长度信息；根据响应地址以及响应数据长度，fpga开始发起对主设备的srio响应操作，响应操作需要将有效数据按照srio标准响应包格式进行组包再进行发送。
18.本发明是一种基于光电混合输入的光端机系统，能够解决光传输信号和电传输信号合成为光传输信号的问题，或者解决在光传输信号中增加其他电传输信号数据的问题。其优势主要在于：
19.(1)将光信号数据转成电信号，并将转换后的电信号和外部输入的电信号通过fpga做数据处理，具备光信号数据和电信号数据汇集的功能；
20.(2)将接收到的合成光信号转换为合成电信号，并将合成电信号通过fpga处理，分解成两路电信号数据，一路连接电光模块，另一路直接输出，能够实现将合成后的光信号数据分解为光信号数据和电信号数据的功能；
21.(3)当输入的光信号数据带宽利用率较低时，可通过光电混合输入信号合成一路光信号，实现不改变光端机之间光传输介质的情况下，提高光端机的通信速度和带宽利用
率的功能。
附图说明
22.图1为本发明光端机系统的结构示意图；
23.图2为本发明光端机系统的互联关系和接口映射示意图；
24.图3为fpga中光信号数据合成模块的结构示意图；
25.图4为本发明数据帧格式示意图；
26.图5为fpga中光信号数据恢复模块的结构示意图；
27.图6为数据分发模块框图；
28.图7为srio发送模块框图。
具体实施方式
29.下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。
30.如图1所示，本发明的一种基于光电混合输入的光端机系统，由光电数据合成通道、光电数据恢复通道和fpga构成，光电数据合成通道包括多个光信号接收通道、多个电信号接收通道和一个合成光信号输出通道，光电数据恢复通道包括多个光信号输出通道、多个电信号输出通道和一个合成光信号输入通道；光信号接收通道个数等于光信号输出通道个数，电信号接收通道个数等于电信号输出通道个数；光端机与光端机之间通过光纤进行连接；
31.光信号接收通道通过光纤接收其他光端机传输的光信号，光信号接收通道通过内置的接收光模块对光信号进行接收并将光信号转为电信号，再通过串行数据接口电路将电信号传输至fpga；电信号接收通道通过电缆接收其他模块传输的电信号，并通过串行数据接口电路将电信号传输至fpga；fpga将多路电信号合成为单路电信号，并通过串行接口电路将单路电信号传输至合成光信号输出通道，合成光信号输出通道通过内置的发送光模块将电信号转换为光信号进行输出；
32.合成光信号输入通道通过内置的接收光模块将输入的光信号转为电信号，并通过串行数据接口电路发送数据到fpga；fpga将单路电信号恢复为多路电信号，并分别通过串行数据接口电路将电信号传输至光信号输出通道和电信号输出通道；光信号输出通道模块通过内置的发送光模块将电信号转换为光信号，并通过光纤进行传输，电信号输出通道将fpga发送的电信号通过电缆进行传输。
33.本发明的光端机必须配对使用，光端机之间通过光纤进行连接，合成光信号输出通道的光信号输出和其他光端机的合成光信号输入通道的光信号输入相连；一个光端机包含光电信号的输入和输出通道，以及合成光信号的输入和输出。光端机互联关系每一个接口映射如图2所示，多路数据合成为单路数据和单路数据恢复为多路数据由核心器件fpga完成。本发明能够实现光接口f
x
和电接口cy到光接口f
x
′
和电接口cy′
的映射和扩展，其中f
x
和f
x
′
一一对应、cy和cy′
一一对应。光端机成对使用，成对使用的光端机为相同设计，通过光纤连接。接收光模块采用光电转换将光信号数据转成电信号数据，将转换后的电信号数据和外部输入的电信号数据通过fpga做数据处理，实现汇集功能；并且实现将汇集的光信号数据也通过光电转换模块转换成电信号数据，将转换后的电信号数据通过fpga处理，分解
成两种电信号数据，一种连接电光模块，另一种直接输出，实现将合成后的光信号数据分解为光信号数据和电信号数据的功能；当输入的光信号数据带宽利用率较低时，可通过光电混合输入信号合成一路光信号，实现不改变光端机之间光传输介质的情况下，提高光端机的通信速度和带宽利用率的功能。
34.所述fpga模块由硬件和软件实现。硬件由fpga芯片搭建，软件具体分为两部分：光信号数据合成模块和光信号数据恢复模块。
35.如图3所示，所述光信号数据合成模块包括多路光信号通道f1～f
x
、多路电信号通道c1～c
x
、轮询仲裁模块和aurora发送模块，光信号通道包括依次连接的光信号接收通道、aurora接收模块和fifo，电信号通道包括依次连接的电信号接收通道、srio接收模块和fifo，所有fifo均与轮询仲裁模块相连，轮询仲裁模块连接aurora发送模块；
36.当光信号接收通道传输数据到fpga时，fpga通过内部aurora接收模块集成的高速口接收端将光信号数据进行接收，然后将数据发送到fifo进行缓存；并且对每个光信号接收通道数据缓存fifo赋以不同的id信息用于区分传输通道；
37.当电信号接收通道传输数据到fpga时，fpga通过srio接收模块获取主设备执行的srio nwrite操作事务传输的数据帧，并解析帧头的地址字段，然后将有效数据负载经过数据帧格式封装，数据帧格式如图4所示。封装完成之后的数据再根据解析帧头得到的地址字段信息缓存到对应fifo当中，同样对每个电信号接收通道数据缓存fifo赋以不同的id信息；
38.轮询仲裁模块通过依次遍历所有光信号接收通道fifo和电信号接收通道fifo的id，并从fifo当中读取出数据，然后依次将读取到的数据(包括通道id以及每个通道对应的帧数据)传输到aurora发送模块，从而实现将多路电信号合成为单路电信号的功能；
39.aurora发送模块实现将从fifo当中读取的数据通过模块内部的aurora ip核集成的高速口的发送端发送到合成光信号输出通道。
40.其中，aurora接收模块在接收数据时，模块内部的aurora ip核对接收的数据首先进行64b/66b编码再输出到模块外部，然后将从aurora接收模块输出的数据按照帧数据格式进行封装，数据帧格式框图如图4所示，数据帧格式定义如表1所示。封装完成之后的数据再通过fifo进行缓存；aurora ip设置线速率为6.25gbps，模式为x1模式；
41.表1数据帧格式定义
42.字段含义帧头(hdr)表示一帧数据的起始部分(8bit)，固定值0x55通道id(channel id)表示该帧数据属于哪一个通道(8bit)数据大小(size)该帧数据的有效数据载荷量(8bit)数据(data)数据载荷(64bit)帧尾(end)表示一帧数据的结束部分(8bit)，固定值0xaa
43.srio接收模块是内部的srio ip将主设备操作的srio nwrite请求事务的数据接口的数据进行锁存，并将帧头数据进行解析并获取地址字段信息；字段信息即作为不同id的fifo进行数据缓存操作的判据；同时对有效数据负载按照数据帧格式进行封装，数据帧格式如图4所示，封装完成之后的数据再通过fifo进行缓存；其中srio ip传输模式设置为x4模式，线速率为5gbps；
44.如图5所示，所述光信号数据恢复模块包括aurora接收模块、数据分发模块、多个电信号通道和多个光信号通道；电信号通道包括fifo和srio发送模块，光信号通道包括fifo和aurora发送模块；
45.当合成光信号输入通道发送数据到fpga时，fpga内部通过aurora接收模块集成的高速口将合成的光信号数据进行接收并将接收到的光信号转换为电信号，然后将电信号传输至数据分发模块；
46.数据分发模块对电信号进行解析，提取数据的通道id信息以及对应的帧数据，并根据通道id将解析出的帧数据缓存到对应地址的aurora发送模块以及srio发送模块的fifo当中，从而实现将单路数据恢复为多路信号的功能；
47.aurora发送模块将数据通过内部集成的高速口的发送端将fifo的数据读出并发送到光信号输出通道，实现将合成光信号数据恢复为多通道光信号数据；srio发送模块通过接收主设备(指通过srio接口主动发起数据请求的一端)的srio nread请求事务然后做出数据响应操作，将fifo的数据发送到电信号输出通道，然后发送到主设备，实现将合成光信号数据恢复为多通道电信号数据；
48.其中数据分发模块完成对aurora接收模块的数据解析以及将有效数据字段缓存到不同id的fifo当中，模块框图如图6所示，依次进行帧数据解析、获取通道id和数据分发缓存操作。解析数据帧字段定义如表2所示。
49.表2解析数据帧字段定义
50.字段含义[95:88]帧头[87:80]通道id[79:72]数据大小[71:8]有效数据[7:0]帧尾
[0051]
srio发送模块通过内部srio ip来响应主设备的srio nread请求操作来完成数据的传输；当接收主设备的srio nread请求时，首先需要解析nread请求包，获取数据响应地址以及响应数据长度信息；根据响应地址以及响应数据长度，fpga开始发起对主设备的srio response响应操作，响应操作需要将有效数据按照srio标准响应包格式进行组包再进行发送。srio发送模块如图7所示。
[0052]
通过应用本发明，系统完成图1所示的光端机功能。本发明的光端机必须配对使用，光端机之间通过光纤进行连接，合成光信号输出通道的光信号输出和其他光端机的合成光信号输入通道的光信号输入相连；一个光端机包含光电信号的输入和输出通道，以及合成光信号的输入和输出。具备光信号数据和电信号数据汇集的功能，具备将合成后的光信号数据恢复为光信号数据和电信号数据的功能，通过光电混合输入信号合成一路光信号，实现不改变光端机之间光传输介质的情况下，提高光端机的通信速度和带宽利用率的功能。
[0053]
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各
种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种基于光电混合输入的光端机系统，其特征在于，由光电数据合成通道、光电数据恢复通道和fpga构成，光电数据合成通道包括多个光信号接收通道、多个电信号接收通道和一个合成光信号输出通道，光电数据恢复通道包括多个光信号输出通道、多个电信号输出通道和一个合成光信号输入通道；光信号接收通道个数等于光信号输出通道个数，电信号接收通道个数等于电信号输出通道个数；光端机与光端机之间通过光纤进行连接；光信号接收通道通过光纤接收其他光端机传输的光信号，光信号接收通道通过内置的接收光模块对光信号进行接收并将光信号转为电信号，再通过串行数据接口电路将电信号传输至fpga；电信号接收通道通过电缆接收其他模块传输的电信号，并通过串行数据接口电路将电信号传输至fpga；fpga将多路电信号合成为单路电信号，并通过串行接口电路将单路电信号传输至合成光信号输出通道，合成光信号输出通道通过内置的发送光模块将电信号转换为光信号进行输出；合成光信号输入通道通过内置的接收光模块将输入的光信号转为电信号，并通过串行数据接口电路发送数据到fpga；fpga将单路电信号恢复为多路电信号，并分别通过串行数据接口电路将电信号传输至光信号输出通道和电信号输出通道；光信号输出通道模块通过内置的发送光模块将电信号转换为光信号，并通过光纤进行传输，电信号输出通道将fpga发送的电信号通过电缆进行传输。2.根据权利要求1所述的基于光电混合输入的光端机系统，其特征在于，所述fpga分为两部分：光信号数据合成模块和光信号数据恢复模块。3.根据权利要求2所述的基于光电混合输入的光端机系统，其特征在于，所述光信号数据合成模块包括多路光信号通道、多路电信号通道、轮询仲裁模块和aurora发送模块，光信号通道包括依次连接的光信号接收通道、aurora接收模块和fifo，电信号通道包括依次连接的电信号接收通道、srio接收模块和fifo，所有fifo均与轮询仲裁模块相连，轮询仲裁模块连接aurora发送模块；当光信号接收通道传输数据到fpga时，fpga通过内部aurora接收模块集成的高速口接收端将光信号数据进行接收，然后将数据发送到fifo进行缓存；并且对每个光信号接收通道数据缓存fifo赋以不同的id信息用于区分传输通道；当电信号接收通道传输数据到fpga时，fpga通过srio接收模块获取主设备执行的srio nwrite操作事务传输的数据帧，并解析帧头的地址字段，然后将有效数据负载经过数据帧格式封装，封装完成之后的数据再根据解析帧头得到的地址字段信息缓存到对应fifo当中，同样对每个电信号接收通道数据缓存fifo赋以不同的id信息；轮询仲裁模块通过依次遍历所有光信号接收通道fifo和电信号接收通道fifo的id，并从fifo当中读取出数据，然后依次将读取到的数据传输到aurora发送模块，从而实现将多路电信号合成为单路电信号的功能；aurora发送模块实现将从fifo当中读取的数据通过模块内部的aurora ip核集成的高速口的发送端发送到合成光信号输出通道。4.根据权利要求2所述的基于光电混合输入的光端机系统，其特征在于，所述光信号数据恢复模块包括aurora接收模块、数据分发模块、多个电信号通道和多个光信号通道；电信号通道包括fifo和srio发送模块，光信号通道包括fifo和aurora发送模块；当合成光信号输入通道发送数据到fpga时，fpga内部通过aurora接收模块集成的高速
口将合成的光信号数据进行接收并将接收到的光信号转换为电信号，然后将电信号传输至数据分发模块；数据分发模块对电信号进行解析，提取数据的通道id信息以及对应的帧数据，并根据通道id将解析出的帧数据缓存到对应地址的aurora发送模块以及srio发送模块的fifo当中，从而实现将单路数据恢复为多路信号的功能；aurora发送模块将数据通过内部集成的高速口的发送端将fifo的数据读出并发送到光信号输出通道，实现将合成光信号数据恢复为多通道光信号数据；srio发送模块通过接收主设备的srio nread请求事务然后做出数据响应操作，将fifo的数据发送到电信号输出通道，然后发送到主设备，实现将合成光信号数据恢复为多通道电信号数据；srio发送模块通过内部srio ip来响应主设备的srio nread请求操作来完成数据的传输；当接收的nread请求时，首先需要解析nread请求包，获取数据响应地址以及响应数据长度信息；根据响应地址以及响应数据长度，fpga开始发起对主设备的srio响应操作，响应操作需要将有效数据按照srio标准响应包格式进行组包再进行发送。

技术总结
本发明公开了一种基于光电混合输入的光端机系统，由光电数据合成通道、光电数据恢复通道和FPGA构成，光电数据合成通道包括多个光信号接收通道、多个电信号接收通道和一个合成光信号输出通道，光电数据恢复通道包括多个光信号输出通道、多个电信号输出通道和一个合成光信号输入通道；光信号接收通道个数等于光信号输出通道个数，电信号接收通道个数等于电信号输出通道个数；光端机与光端机之间通过光纤进行连接。本发明具备光信号数据和电信号数据汇集的功能，具备将合成后的光信号数据恢复为光信号数据和电信号数据的功能，通过光电混合输入信号合成一路光信号，实现不改变光端机之间光传输介质的情况下，提高光端机的通信速度和带宽利用率的功能。和带宽利用率的功能。和带宽利用率的功能。


技术研发人员：孙海飙 谢洪波 杨俊 郭世近 苟涛
受保护的技术使用者：成都奥瑞科电子科技有限公司
技术研发日：2023.07.18
技术公布日：2023/9/9