电路图纸-光纤通道主机适配器QLA2200电路原理.pdf

第 2 9卷 第 9期 2 0 0 年9月 华中科技 J HL IH Z h n g Un i v 凡学学报 0 r l I l I Vt 2 9 q p 2 0 0I 光纤通道主机适配器 QL A2 2 0 0电路原理 辑币春 奢 三 生 周辑 华 中科技 犬学计算机科 学与技 术学院 摘要 在分析光纤通道技 术优点 的基础 上 以 Q I A 2 2 0 1 倒 研 究 了光纤通道主 机适 配 器的体 系结 构 分析 其 电路原理和作业流程 对光纤通道适配器进行了反向设 汁 所 特樽 勺 结 沦对于光纤通道接 口的设 计和探 1f 光纤通道 汉实现 的机 具有普遍 的意义 美键词 主机适 配器 光纤 通道 1 毡 路原 中图分 类号 T I 3 3 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 8 6 l 6 2 1 1 1 0 9 一 c H 2 光纤 通道 F i b r e C h a n n e l R 硬件产 品存 1 9 9 8年开始进入市场 其发展异常迅速 2 R 0年 开始在高性能信息服务系统中全面取代 S C S I 产 品 对 j T产业产生深远影响 光纤 通 道 包 括 l 4个 A Ns I TI 1 X 3 F C协 议l 一 按其功能结构 光纤通道可划分为从 H I 到 F C 4的 5个协泌层 分别定义物理介质传输速 率和接 口规范 编解码方式 帧协议和流量控制 通用服务 以及上层协泌接 口 其技术优点主要为 a 具有 开放 的体 系结构 极 高 的带宽 目前 为 1 O O 2 O O MB s 和吞吐率 每 S上 L 万次 I 操作 可靠性和安全性 性能优异 b 继承 r网络通信 技术的主要优点 数据串行传输 接V I 电路简单a 靠 支持多种传输介质 传输距离较远 支持多种 拓扑结构 c 光纤通道协 泌采用通道技术控制信 号传输 在共享介质时采用基于仲裁或交换的信 道共享 冲突解决机制 和基 于信用 Cr e d i t 的流量 控制策略 信道的传输效率极高 特别适合于网络 负载较 重的应用 d 同时 支持 S C S I I P HI P P I 和 I P I 3等多种协议 具有很强的兼容性 开放 陛 灵活 性和可扩展性 1 QL A 2 2 0 0电路原理 QL A 2 2 0 0 6 6是 Q o g i c公 司生产 的 日前应 用最为广泛的光纤通道适配器 它能实现光纤 通道技术的上述优点 分析光纤通道 的体系结构 并研 究 QL A 2 2 0 0板 结构 后 日 f 得到其 电路原 理 如图 I 所示 QL A 2 2 0 0主要由核心处理芯片 图 Q G 2 2 0 0适 目 器 的电路隙理框图 j s P 2 2 I A及其存 储器 构成 图中 I S I 2 2 0 0 A 以 R I S C芯片作为核 t2 控制器并包含有 1 K l 接 口和 R 接 口 完成通道控 制及协议转换 中的底层 L 作 是一块具有总线结构和光纤通道协 潋处理 器 的高集成度的芯片 能够不需主机干涉而管理多 端口的操作和完成 多种数据的传输 有相 当高的 智能 性 r r 1 0 8 6为电源模块 具有 l 5 A 3 3 V 三端固定 的电压输 出 L M3 3 4为可调电流源 用 于建市工作电流的温度感应 作为板 的温度控 制器 保护芯片不因过热而毁坏 电压 与绝肘温度 成线性关系 当温度为 2 5 时电压为 6 4 m V 接 倚 单的外接电阻后 温度每升高 1 电流产生 约一 0 3 3 的变化 9 3 I c 5 6 I 为 2 5 K b i t 低电压 串行 电 可擦 除 P R M 总 线 宽 为 1 6位 用 作 I s P 2 2 0 0 A 的 串 行 BI OS 以 存 储 配 置 信 息 A N f 2 9 v n l 0 B是 个 1 M 位 3 0V电压 的快闪 存储器 用作 I S P 2 2 0 0 A的并行 I I O S 存储固件 数据及代码 C Y 7 C I 1 1 2 l V3 3是 6 4 K 1 6 b i t的高 生能 c M s静态 I b M 工作电压为 3 3 V 具有 收稿 日期 2 0 0 1 O I 1 6 作者简 介 杨l 丽春 1 9 7 1 男 博士 武汉 华中科技 上学 叶算机科学与技 术学 院 4 3 0 1 1 7 4 基金项 目 国防预研基金资助项 时 维普资讯 第 9期 畅雨舂等 光纤通道 专机适配器 QL A Z 2 B 电路 理 高位 低位的独立控制 用作 I S I 2 2 0 0 A的内存 进一步研究 QL 2 2 0 0的体 系结 构 给 出如 图 2所示的功能结构模型 QL A 2 2 0 主要包括四 一 一 五五 五 薹 而 磊 一一 磊 荀 数据 l篓 匿 A l IL 圆 一 光 地 址 L 网 圆 通定 l l 望 堕 I 一 线 掴 国 l J 圆 星 l RISC l 柠制 幽 苎 L1 内 陶 J 枯 据 串 行E P R O M l 1 F L A S H B I O S L 二I 外 代 j 数 据 存 图 2 光纤通道适配器的功能结 构啄理骶 囝 个功能模块 高速 RI S C处理器 包括干兆位收发 模块 通道控 制 帧缓存等 的 F C接 口 有三个通 道的 P C I 总线 DMA控制器 以及 I S P 2 2 0 0 A 的外 存储器 其中 主机内存 与适配器间采用 DMA方 式进行数据通信 F c接口中的通道控制部分完成 传输接收 发送 时钟恢复 串行 并行转换 8 b i t l J b j 1 编解码等功能 完成 F 层和部分 F C 1层 所定义的功 能 帧缓存 中能够完成 C R C校验计 算 实现 F C I 层和 F 2层的部 分功能 其 他较为 高层的功能通过 RI S 处理器在固件和主机驱动 程序的控制下实现 图2中 1 S P 2 2 0 0的作 用相 当于一台高效率 的通道处理机 它与外存储 器一起构成了一 条能 够双工工作的高速数据流水线 F c接 口和 P C I 总线 D MA控制器在 R I s c处 理器的控制下独立 或并行地运行 使 QL A2 2 0 0能独立完成多个 I O 操作而不需主机干涉 使得主机的 C P U占用率极 低 使 QL A2 2 0 0的 I O吞吐率达到最大 并提高 了主机和光纤通道 的 ll 崩率 增加适配器数量时 主机的各项 I O性能指标能够线性增长 呈现 出 优异的性能 最大化地发挥了系统的睦能 2 QL A 2 2 0 0的工作流程 QL A 2 2 0 0采用通道处理机 和高速数据流水 线技l术 相 当于 一 个多任务主机适配器 提供 了与 主机系统的 I P通信以及完成 S C S I 指 与数据的 传送功能 使主机 系统从 s I 和 I P通f 弃的并发 执行中解脱出来 为进一步明确光纤通道适配器 的电路原理 本文给出其工作慌程 Q I A 2 2 0在接收数据时 作业流程如下 a 通道 中的串行数据经过适配器接收通道 中的一个串 g转换电路 转换为并行数据 b 接收通道判断接收到数据的类型 根据协 议规定进行相应处理 若接收到帧开始定界符 则 根据帧头中的控制字进行相应处理 若是数据帧 则根据帧头中的目的地址通过一个转发逻辑判断 电路进行转发判断 若该数据帧发往本机 则后续 的每个 4 1 0位数据均流向接收 FI H 队列 否 则 所接收到的数据经缓 存 2个时钟I 期后转发 到发送 F I F 队列 在这 2个时钟周期内 发送 帧 开始定 界符和控制字 c 接收 F I F O l 5 列中的数据进行 1 0 b i t 8 b i t 解码 将 4 1 0位的传输字符变换为4 8 位的数 据发送到接收帧缓存中 t l流人接 收帧绥存 中的数据通 过硬布线逻 辑进行 C RC校验计算 并锁存 中间结果 e 完整的一帧数据全部进人帧缓存后 即接 收通道接收到帧结束定界符 若 C RC校验正确 则数据被读到 F C适配器内存 否则数据被丢弃 f 在 I MA控制器的控制下 F C适配器内存 中的数据向主机 P c I 总线发送 完成数据输 人主 机内存空间中的过程 发送数据时 其过程如下 a 主机 内存 中的数据在 1 MA控制器的作用 下传送到 F C适配器内存 b F C适配器内存 中的数据被解析为帧数据 后 以 3 2位的方式送人发送帧缓冲区 c F C适配器捕获光纤通道中的仲裁原语 Ar h i t r a t e d p r i mi t i v e s i g n a 1 并取 出其中地址 与本 机地址比较 若本机地址的数值较低 则把仲裁原 语 中的地址换为本机地址 并继续发出仲裁原语 当主机再次收到仲裁原语且其中的地址就是本机 地址 时 主机就获得数据发送权 能够主动地 向通 道发送数据 d 对所发送 帧中的数据加上帻开始定界符 后发送数据到发送通道中的 F I F O队列 e 帧缓 冲的硬布线逻辑 电路对流 出发送帻 缓 冲医的每一个 3 2位数据进行 C RC计算 并锁 存 中 司结果 f 该帧数据从帧缓lf 手 中发送完 毕后在帧尾 加 上C R C校验字符 并加 E 帧结束定界符 2 发送 F I F O队列中一旦有数据 就停止通 道空 l 字的发送 将所接收到的 3 2位数据以 8位 为一个字节进行 8 b i t 1 0 b i t 编码 变成 4 1 0位 的传输字符后将并行传输字符转 下转第 2 l页 维普资讯 第 9 期 杨学兵等 一种基于概念层 次的分类规则挖 掘算 法研究 l x e a mi n 1 9 8 6 1 8 1 1 O 6 Mo r g m a K a u ff r m n n P a t L mg l e y 1 9 9 3 5 Qu i n l a n J R I4 5 P r r r a ms f o r Ma c h i n e Le a r n i ng M i ni n g Al g o r i t hm Ba s e d o n Cl a s s i f i c a t i o n Ru l e s o f Co n c e p t Hi e r a r c hy Ya n g Xu e b i n g Qi n g s h e n g Ab s t r a c t i h e p a p e r p r e n t s mi n i n g a l g o r i t h m b a ted o n c l a s s i f i c a t i o n r u l e s o f c o n c e p t h i e r a r c h y Th e t e c h n o l o g y o f i n d u c t i o n b a d o n a t t r i b u t i n g t h e me t h o d o f r e l a t i v i t y a n a l y s i s a n d I X t e o t h e r r e l a t e d c o n c e p t s a E e d e s c r i b e d Th e r e s u l t o f t h e e x p e r i me n t o n t h i s a l g o r i t h m s h o ws t h a t t h i s a l g o r i t h m c a n e f f i c i e n t l v g e n e r a t e a d e c i s i o n t r e e wi t h a p r o p e r s i z e Ke y w o r d s d a t a mi n h g c l a s s i f i c a t i o n c x n c e p t h i e r a r c h i e s d e c i s i o n t r e e Y a n g Xu e b i n g A P r o f De p t o f mp u rer S c i An h u i Un i x o f Te c h n o l o g y Ma a n s h a n 2 4 3 0 0 2 C h a 上接第 1 7页 变为串行羞分传输数据 串行地 输出到光纤通道中 需要特别指 出的是 在 F C适配器收发数据 时 上述过程中的相当一部分工作并发进行 保证 j 百道处理机作业的不问断性 综上对 QL A 2 2 0 0的分析和研 究 在设 计光 纤通道主机适配器时 必须充分考虑千兆比特的 网络传输速度和协议变换要求 尽量减轻数据传 输对主机 C P U 的负担 与主机内存的数据通信应 采用 D MA方式进行 体系结构应采用高速数据 流水线和通道处 理机技 术 并 以 RI S e芯片作 为 核心控制器 这样 就能够直接吸纳高速网络通信 技术 通道传输控制技术和存储技术等的最新成 果 使 系统具备优异的性能和完全开放的结构 参 考 文 献 1 Ma r c F B u i l d i n g S t o r a g e Ne t wo r k s 1 r k e l e y Mc Gr a w Hi l l C o r n p a n i m 2 0 0 0 2 T o r n c X i g n i ng S t o r a g e A r e a N e t w o r k Ma s 一 c h u s e t t s Ad d is o n W e s l e y I o n g Ma n l n c 1 9 9 9 T h e C i r c u i t P r i n c i p l e o f Ad a p t e r QL A 2 2 0 0 f o r F i b r e Ch a n n e l Y a n g gu c h u 7 gu S h e n g s h e n g Z h o uJ i n g l i A b s t r a c t B a s e d o n a n a l y z i n g t e c h n i c a l a d v a n t a g e s o f f i b r e c h a n n e l a n d t a k i n g QL A 2 2 0 0 a s a n e x a mp l e t h e a r c h i t e c t u r e o f f i b r e c h a n n e l a d a p t e r i s r e a e a r c h e d An d t h e c i r c u i t p r i n c i p l e a n d t h e p r o c e d u r e s a r e a n a l y z e d b y t h e me t h o d o f b a c k wa r d d mi g n Th e 1 a t e s t t e