光纤通道中的ｌ５５３总线技术林强等

２００４年３月第３５卷第ｌ期（总第ｌ】４期）

光纤通道中的１５５３总线技术

林强，熊华钢，张其善

（北京航空航天大学电子信息工程学院，北京１０００８３）

光纤通道是新一代网络和总线技术，具有兼容性好、延迟低、可靠性高、传输速度快和传输距离

远等优点。本文具体介绍了光纤通道对ＭＩＬ．ｓ１’Ｄ一１５５３的兼容与系统综合。［关键词］光纤通道；１５５３总线；映射：系统综合［中图分类号】ＴＰ３３６［文献标识码］Ａ［文章编号］１００６．１４１ｘ（２００４）Ｏｌ—０００ｌ—０５

［摘要］

ＴｈｅＵｓａｇｅｏｆ１５５３ｉｎｔｈｅＦｉｂｒｅＣｈａｎｎｅＩ

ＬＩＮ

Ｑｉａｎｇ，ＸＩＯＮＧ

（ｃｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃ仃ｏｎｉｃｓａｎｄ

Ｑｉ—ｓｈａｎ

Ｉｎｆｏｍ扭ｔｉｏｎＥｎｇｉｌｌｅｅ血ｇ，Ｂ．ｕ．Ａ．Ａ．，Ｂｅ司ｉｎｇ１０００８３，ｃｈｉ瑚）

Ｈｕａ－ｇａＩｌ岛ｚＨＡＮＧ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：

Ｆｉｂｒｃ

ｃｈａ衄ｃｌ

ｉｓｔｌＩｅｎｃｗｅｓｔｔｅｃｈｌｌｏｌｏｇｙｏｆｎｅｔｗｏｒｋ跚ｄ

ｒｅｌｉａｂｌｅ，１１ｉ曲 ｓｐｃｅｄ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎｂｒｅ

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ｂＩＩｓ、析也ｌｏｗ—ｄｅｌａｙ，ｇｏｏｄ－ｃｏｎ驴ａ曲ｉｌｉｔｙ＇ｈｉｇＩｌＩｙ．ｃｏｎ驴ａ曲ｉｉｉｔｙａｎｄｉｎｔｅｇｎｎｏｎ、ｖｉ廿１ＭＩＬ．ｓＴＤ．１５５３ｉｉｌ

ｃ１１ａ雌ｅｌ；１５５３ｂ啦；ｎｍｐｐｉＩｌｇ；ｉＩｌｔｅｇｍｈ叩

络协议成为可能。在国外，光纤通道在商用领域中已被广泛采用，很多公司和研究机构现在已经开发

航空电子综合化技术是在苛刻的空间限制条件下、对密集型的航空电子于系统集合进行信息综合和功能综台的技术。其发展是与计算机技术、数字数据通讯技术和局部网络技术的发展密切相关、互相促进的。现在的航空电子系统已从简单的集中控制发展到复杂的分布式系统，形成了以ＭＩＬ．ｓＴＤ．１５５３为代表的电子子系统联网接口标准。光纤通道（ＦｉｂｒｅＣｈａｎｎｃｌ，以下简称ＦＣ）是一个为适应日益增长的高性能信息传输要求而设计的计算机

出光纤通道的网络适配卡、储存设备、路由器以及相关的测试设备。本文以Ｍ儿．ｓＴＤ．１５５３为例介绍了光纤通道对顶层协议的兼容与系统综合。

２

ＭＩＬ．ＳＴＤ一１５５３Ｂ总线技术分析

１５５３Ｂ规定每次传输一个消息的完整过程应包

括指令字、数据字、状态字（或指令字和状态字）几个部分。每种字的一个字字长为２０位，有效信息位是１６位，每个字的前三位为单字的同步字头．而最后一位是奇偶位（由发送端对１６位有效位进行奇校）。有效信息（１６位）及奇偶位在总线上是以曼彻斯特码的形式进行传输，每位占的时间为ｌｕ（即码速率为ＩＭＨｚ，ｓｅｃ）。同步字头占三位，

通信协议。它综合通道与网络的优点，支持∞通

道所要求的带宽与可靠性，支持网络技术的灵活性与连接能力，支持多种媒体类型和连接器件，使得在同一物理接口之上运行当今流行的通道标准和网

Ｍａｒｃｈ２００４ｖ０１３５ＮｏＩ（ｓｅｒｉａｌＮｏ１１４）航空电子技术ＡｖＩｏＮＩｃｓ

ＴＥｃＨＮＯＬＯＧＹ

或先正后负（指令字，状态字）或先负厉正（数据字）。止／负电平各占１５，即占同位场的一半。

根据１５５３通信协议，指令字只能由现行激活的总线控制器发送，它的内容规定了该次传输消息的具体要求：终端寻址场指明总线控制器要与哪个终端对话。Ｔ瓜位表明命令该终端是发送信息还是接收信息。分地址场（ｓ＿Ａ）共５位，指明要传输的信息是从终端的哪个数据通讯缓存区取出

的上层协议映射到Ｆｃ传输服务上。

在光纤通道中，所有链接操作都是以帧的形式被定义的，帧的数据格式如图２所示。

ｌ黼

Ｉｍ

２１１２ｂｖＩｅ数据区

４ｂｖｔ∞

帧标题

可选杯压

净数据∞９ｙＪｏ＾由

ＣＲｃ纠错帧结尾

（讯＝１），或是送至哪个数据通讯缓存区

（邗盼Ｏ）。指令字中的最后５位是数据字字数场，

指明了指令字所规定的这一次数据传输所连续传输

／＼＼＼＼＼＼

１’ｐｏ

ＳｏＬｃｎｔＳｅｑ＿ＩＤＥｘｃｂ柚ｇｅ＿ＩＤ

图２帧的数据格式

的数据字块长度一数据字字数。ＲＴ场后面的１ｙＲ

位、ｓ．ｓ场、Ｄｗ场共有１１位，隐含地指出了在所要寻址的终端之中对哪一个数据通讯的缓存区地址进行访问（存取）。数据字既可以由总线控制器传输到某终端，也可以从终端输至总线控制器，或者从某终端输往另一终端。由指令字和相应的消息格式决定。状态字只能由终端发出，是一个对总线控制器发出的有效命令的应证性信号，Ｂｃ与ＲＴ的分工自然决定了状态字与指令字的区别。

３

每个帧包括开始分隔符，大小为２４个字＝青的固定帧头，多种可操作服务头，从０到２１１２个字节的长度灵活的有效载荷，一个帧标准循环冗余码校验和一个结束分隔符。２１１２个字节的最大有效载荷被用于提供正常的６４个字节的ｕＬＰ头空间和２Ｋ字节的数据空间。帧的头提供了一个２４位的源与目的识别符、各种链接控制工具，并支持对帧组的拆解和重组操作。

光纤通道中定义了六类服务方式，服务方式的选择取决于传输数据的类型和通信的要求，其主

光纤通道技术分析

ＦＣ的协议分层如图１所示。其各层的功能分

要差别在于流控制使用的类型不同。这六类服务的基本特征如下所示。

第一类服务：专用链路连接，通信端口间使用整个带宽进行通信，不受其它连接的影响，数据帧的接收顺序和发送顺序保持一致。采用端．端的

别为：

Ｆｃ．Ｏ：规定了物理传输介质、传输方式和速

率。

Ｆｃ．１：规定了８Ｂ／ｌＯＢ编码与解码方案和字节同步。

Ｆｃ一２：规定了帧协议和流量控制方式，用于自我配置和支持多种拓扑结构。

流控制。

第二类服务：支持多路复用和多点传送，通信端口和其他网络节点一起共享网络带宽。缓存一缓存和端一端的流控制均可使用。

第三类服务：采用缓存．缓存的流控制方式．其它与第二类服务类似。

第四类服务：通信端口之间预先建立虚电路连接，保证数据帧的接收和发送顺序，支持帧信号的多路复用。采用缓存．缓存流控制。

第五类服务：迄今为止还没有完整地被进行

图ｌ光纤通道协议层

定义。

第六类服务：通过交换机进行多点传送，由多点传送服务器负责复制和传递数据帧。通常使用

２

Ｆｃ。３；规定了通常的服务类型。

Ｆｃ＿４：规定了上层映射协议。将通道或网络

光纤通道中的１５５３总线技术林强等

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端一端的流控制。

光纤通道的通信端口间的拓扑结构如图３所示有三种基本类型：点对点，仲裁环和交换型结构。点对点结构指两个通信设备收发端口间通过光纤直接进行连接，独享全部带宽。仲裁环结构支持三个以Ｌ的通信端口进行通信．环路中的端口数量最多为１２７个。通信设备问共享传输媒体，端口间的数据流为同步、对称、全双工方式。在这种通信模式中仲裁环每次强支持一个点对点通信。交换型结构为各连结端口提供了一种交换式的内部连结，这种结构容许用户通过增加连接的端口数来线性地增大系统的吞吐量．最人连接数可达２“个。交换型结构的优点在于能对网络上的节点数目做很大的扩展而不减少每个端口的带宽，使用通用的环路低带宽端口和高带宽端口可以在同一个平台范围的网络中有效地进行交互操作。

光纤通道中１５５３的字格式映射

光纤通道采用将传输指令和有关高层协议包

装成一种新的帧格式的形式为当今流行的各种上层协议提供了一种通用的传输方式，在软件应用层上体现出其良好的兼容性。ＭＩＬ．ｓＴＤ．１５５３的数据链结操作就是在此基础上实现的与光纤通道间的数据转换与系统综合，其指令字、状态字与相应的指令帧和状态帧间的映射关系分别如图４、图５所示，数据字所映射的数据帧头图中的第。至第５个字格式相同。表ｌ【３１列出了两种标准间含义相当的术语。通过映射关系图可以看出相关区域尺寸的扩充。

表１两种标准问相当的技术术语

ＭＩＬ—ＳＴＤ．１５５３

光纤通道网络控制器（Ｎｃ）网络终端（ＮＴ）网络终端地址ＮＴ子地址（’ｒ－ｓＡ）ＦＣ．ＡＥ．１５５３交换命令序列或命令帧状态序列或状态帧

总线控制器（Ｂｃ）远程终端（ＲＤ

卜｛。Ｅ二二二ｊ峭。ｌ

１．．．．．．．．．．．．．．．＿Ｊ

Ｉ．．．．．．．．．．．．．．．＿Ｊ

ＲＴ地址ＲＴ于地址

ＭＩＬ．ｓＴＤ．１５５３的消息

命令字

（Ａ）点对点

状态字

Ｉ徽

ｍ

＼＼

２４ｂｖｋｓ

／

２１１２ｂｙ忙数据区

４ｂ‰

４ｂ“口

帧标露ｃＲｃ纠错帻结尾

／／、＼＼＼＼＼

■ｍｍｃｔｔｌ（２‘）

ⅢｃｑＥＮＴｍ＊）

晰

Ｓ％Ｃｎｔ

ＳｅＬＩＤ

Ｅ耻ｈ蛐ｇｅ－ＩＤ

图４指令字与指令帧的映射

（Ｃ）交换型结构图３三种基本拓扑结构

５

光纤通道中的１５５３信息传输格式

光纤通道中１５５３的信息传输格式与传统１５５３

光纤通道的拓扑结构在工程中是借助于网络集线器和交换机实现的：网络集线器用于仲裁环路，交换机用于交换式网络。

所规定的ｌＯ种格式（包括广播消息的４种）相比较，除了ＮＴ对ＮＴ的传输有些不同之外，其它在形式上

Ｍａｒｃｈ２００４ｖｏｌ３５Ｎｏ．１（ｓｅｆｉａｌＮ。ｌ１４）航空电子技术ＡｖＩＯＮＩｃｓ

ＴＢｃＨＮＯＬＯＧＹ

没有区别，只是应参照表１将Ｂｃ换为Ｎｃ，ＲＴ换为ＮＴ。图６【３】针对ＮＴ对ＮＴ的传输进行了详细的解释与说明。

现。具体方式的选择通过命令帧中第６个字的第２５位（见图４）设定。

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光纤通道中１５５３总线结构的拓展

光纤通道中ＭＩＬ．ｓＴＤ．１５ｓ３的主要组成部分

／、、＼

４ｂｖｋ３

２４ｂｖｔｃｓ

＼＼

帧标艘

／

ｃＲｃ纠错

为：网络控制器、网络终端、光纤通道网络、桥、ＭｊＬ．ｓＴＤ一１５５３总线和ＭⅡ，ｓＴＤ．１５５３远程终端：

帧结尾

帧圩始

２ｌ１２ｂｖｋ数据区

其最大可允许终端数为２“，最大可允许传送字（３２位）数为２”，最大的子地址空间为２ｎ；可以采用光纤通道所提供的全部网络拓扑，允许网络和多个

ＴｙｐｅＳｅｑ—ｃＢＩｓｃＬＩＤ

ＥｘｃｈｌⅡｎ｛Ｄ

网络控制器同时交叉传送数据，支持在每条ＭＩＬ—ｓＴｃ｝一１５５３总线各自作用的同时，把多条ＭＩＬ．ＳＴＤ．１５５３总线集成为一个共同的光纤通道网络。图７【３】描述了将传统１５５３总线中的终端设备桥接到光纤通道的方法。桥中的１５５３总线控制器负责将来自ＦＣ的命令帧转化为１５５３总线的字格式和将来自１５５３总线的状态字转化为相应的状态帧。

一个光纤通道网络中允许有多个桥并存，并且每个桥可以连结不同的１５５３总线，但是每条１５５３总线上在同一时刻只允许一个桥起作用。另外，命令帧中第６个字的后２４位定义为接受方ＮＴ或发送方ＮＴ的网络终端她址，第９个字的最后５位定义为接受方或传送方的ＲＴ地址，在此基础上通过光纤通道与１５５３总线之间的桥按可以实现ＮＴ与ＲＴ、ＲＴ与ＮＴ以及ＲＴ与ＲＴ间的数据传输。

圈５状态字与状态帧的映射

垣目Ｎｃ的状赤字

圈曰圈

（ａ）方式

“４７＋８＋———————————：≯。；；

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日回接收指々字、、、、＼

－

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（ｂ）方式

＆目☆々｝、、、、＼－

圈６网绍终端向网络终端的传输

ＮＴ对ＮＴ的信息交换在光纤通道中存在着两种不同的方式：一种是Ｎｃ不监控数据字而只接受相应的状态字（如图６（ａ）所示）：另一种是ＮＣ监控发送方ＮＴ所发送的数据字（如图６（ｂ）所示）。厉一种情形仅当在仲裁环、交换型网络中使用第３类服务或者在交换型网络中使用第６类服务时出

４

幽７光纤通道与１５５３之问的桥接

需要指出的是：这里强调的只是协议层之问的映射关系，作为底层还必须遵循Ｆｃ，Ｆｓ、Ｆｃ—ＦＧ、Ｆｃ．ＡＬ和Ｆｃ．ＡＥ等标准的相关限制与规定。比如，

光纤通道中的１５５３总线技术林强等

２００４年３月第３５卷第ｌ期（总第１１４期）

链结协议、基本链结服务、扩展链结服务、交换型网络注册和服务类型等。

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保留传统的或者熟悉的网络拓扑和协议的同时获得光纤通道的所提供的高速带宽服务。正在修订中的Ｆｃ．ＡＥ标准对这种从１５５３总线向光纤通道的移植技术进行了规范、

改进后的美海军Ｆ／Ａ．１８Ｅ，Ｆ在机上安装一个光纤通道网络（Ｆ（烈），使得１５５３总线上的每一个远程终端发送或接收速率保持１ＭｂＤｓ，光纤通道网络的每一个节点发送和接收速率为１Ｇｂｐｓ．并且通过光纤通道交换机，多个系统间可以同时相互通信，这就极火地提高了全部系统的整体性能。

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应用举例

在现代ｂ机设计中．虽然光纤通道可以提供

对视频信号、传感器信号的高速连结。但在许多方面依然存在着低速的连结要求，这样就产生了１５５３总线与高速光纤通道拓扑同时并存、相互综合的问题。另一方面总线数最的增加（比如现在的Ｆ，Ａ－１８

的航空电子结构中采用了６条１５５３总线池要求

相应地增加更多的总线接口以适应增添的功能模块。

美国海军和有关研究机构通过实验演示了传统１５５３和光纤通道协议之间的转换，以及传统的１５５３远程终端器件与光纤通道互连方案的系统综台：证明了１５５３与光纤通道交互操作以及从１５５３互连升级到光纤通道的系统互连的可行性。这些实验为系统的设计者提供了这样一条思路：即可以在

结束语

光纤通道是一种新型串行通信协议ＡＮｓＩ标

准。它以其传输速度高、兼容性好等特点在计算机网络与高速总线领域正逐渐得到认可与应用。本文分析了传统的１５５３总线技术在光纤通道中的使用。对于单级总线扩充为多级总线，多级总线同级控制拓展为多级总线多层次控制具有一定参考价值。

参考文献

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［收稿日期】２００３．０９．０９

【作者简介］林强（１９７３一），男，北京航空航天大学电子信息工程学院博士研究生。研究领域为嵌入式计算机嘲络和

高速总线。

熊华钢（１９６ｌ一），男，北京航空航天大学电子信息工程学院教授，博士生导师。主要研究领域为嵌入式计算机网络，电子综合化和数字通信。

张其善（１９３６一），男，北京航空航天大学电子信息工程学院教授，博士生导师。主要研究领域为信息处理。ｐ星通信和智能交通系统。

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光纤通道中的1553总线技术

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

林强， 熊华钢， 张其善

北京航空航天大学电子信息工程学院,北京,100083航空电子技术

AVIONICS TECHNOLOGY2004,35(1)10次

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