徐玉杰 孟博 張楠

摘要：隨著FC網(wǎng)絡的發(fā)展及大量部署，F(xiàn)C網(wǎng)絡協(xié)議測試設備的需求大幅增加。傳統(tǒng)的FC網(wǎng)絡協(xié)議測試設備造價昂貴，可擴展性差。該文基于通用的FC網(wǎng)絡節(jié)點，開發(fā)簡單的軟硬件適配組件，搭建一個FC協(xié)議測試設備，可滿足FC網(wǎng)絡設備的測試需求，適合大規(guī)模產(chǎn)品測試及協(xié)議測試，具有良好的可擴展性。

關鍵詞：FC協(xié)議測試;測試模式;發(fā)送測試;接收測試;性能測試;損傷測試

中圖分類號：TP336;V243? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）16-0043-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 FC網(wǎng)絡簡介

隨著計算機技術、通信技術和網(wǎng)絡構建技術的發(fā)展， 航空電子系統(tǒng)進一步向統(tǒng)一化、靈活化和便于融合的方向發(fā)展，對總線網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸要求也越來越高。光纖通道（Fiber Channel，簡稱FC）具有高帶寬、低延遲、長距離傳輸、拓撲靈活、支持多種上層協(xié)議等優(yōu)點[1]，是一個為適應高性能數(shù)據(jù)傳輸要求而設計的通信協(xié)議。

FC采用層次化的結構，共分為5層。定義了3種拓撲結構：點對點、交換式、仲裁環(huán)網(wǎng)絡，既能方便地實現(xiàn)高速高效傳輸，同時也提供了極大的靈活性，特別是交換式網(wǎng)絡的拓撲，為復雜設備的互連提供了一種很好的解決方案。

2 FC協(xié)議測試設備現(xiàn)狀

隨著FC網(wǎng)絡的發(fā)展及大量應用部署，F(xiàn)C設備的測試需求大幅增加。在FC設備開發(fā)中，各種FC協(xié)議模擬、仿真，設備功能性能及互換性測試驗證工作量巨大，且需要專業(yè)設備進行輔助。

目前，大部分FC協(xié)議測試設備由JDSU等少數(shù)外國廠商壟斷，國產(chǎn)設備應用非常少，因此開發(fā)出高性價比、適應各種FC測試需求的設備非常必要。針對市場上對FC設備的測試需求，本文設計的FC協(xié)議測試設備基于PCIE接口的FC節(jié)點機產(chǎn)品，配以適當?shù)霓D接板，可靈活插入帶有PCIE接口的工控機中，并以此為硬件平臺。同時，開發(fā)一套上位機軟件，實現(xiàn)FC設備發(fā)送測試、接收測試、損傷測試等功能，滿足FC網(wǎng)絡產(chǎn)品的功能性能及協(xié)議測試。此外，上位機軟件可提供測試接口，供用戶自行開發(fā)定制化、自動化測試軟件，滿足大規(guī)模生產(chǎn)交付需求。

3 測試設備的硬件平臺

該設計中采用大規(guī)模FPGA進行自主開發(fā)實現(xiàn)FC協(xié)議，能有效滿足FC測試的需求，且具有良好的升級擴展能力。根據(jù)使用需求，本測試設備開發(fā)的目標是研制一個FC雙端口、通信速率軟件可配置，支持線速4.25Gb/s及以下速率，可完成被測FC產(chǎn)品數(shù)據(jù)發(fā)送測試、接收測試、損傷測試等功能。為了降低開發(fā)成本，最大限度的利用現(xiàn)有的資源，本設計中硬件平臺采用目前已大量使用的標準PCIE-FC電接口通信子卡，再適配一個轉接板使其可工作在PCIE接口的工控機中，其中FC光電接口轉換在實現(xiàn)轉接板上實現(xiàn)。硬件平臺如下：

4 測試設備的詳細設計

4.1 測試模式設置

該設計中FC協(xié)議測試設備具有四種測試模式，分別是點點測試、回環(huán)測試、直通測試、在線測試模式。連接示意圖如圖2所示。

該測試設備支持以下四種速率：1.0625Gb/s、2.125Gb/s、4.25Gb/s、8.5Gb/s。兩個端口的速率保持一致，任何一個端口選擇一個速率，另一端口隨之改變。

其次，可設置發(fā)送及接收緩沖區(qū)大小，范圍為0～4096MB-發(fā)送緩沖區(qū)。緩沖區(qū)空間大小一共為4096MB。即發(fā)送緩沖區(qū)與接收緩沖區(qū)合起來為4096MB。默認方式下收發(fā)各占2048MB，用戶可調整兩者所占用的空間。

接收數(shù)據(jù)時可選擇：捕滿停止、捕滿覆蓋。“捕獲停止”即當捕獲數(shù)據(jù)裝滿接收緩沖區(qū)時，捕獲自動停止;“捕滿覆蓋”即當捕捕獲數(shù)據(jù)裝滿接收緩沖區(qū)時，從頭開始覆蓋原來的數(shù)據(jù)。

4.2 發(fā)送測試

在FC網(wǎng)絡設備開發(fā)過程中，用戶往往需要對該網(wǎng)絡進行測試，模擬現(xiàn)實的FC數(shù)據(jù)注入網(wǎng)絡中，用來檢測網(wǎng)絡設備是否能夠正常工作。FC協(xié)議測試設備發(fā)送界面如圖3所示。

1）發(fā)送FC幀

發(fā)送數(shù)據(jù)按四個隊列分別進行設置，四個隊列具有發(fā)送優(yōu)先級，發(fā)送隊列1 優(yōu)先級最高，其他隊列依次遞減，發(fā)送隊列4 優(yōu)先級最低。

每個發(fā)送隊列中數(shù)據(jù)的發(fā)送方式有兩種：循環(huán)、單次。選擇循環(huán)方式，將循環(huán)發(fā)送該隊列中的數(shù)據(jù)，優(yōu)先級低于此隊列中的數(shù)據(jù)將不會發(fā)送;選擇單次方式，則將該隊列的數(shù)據(jù)發(fā)送完后，開始發(fā)送下面一個隊列中的數(shù)據(jù)。

選擇發(fā)送隊列后，設置隊列中的幀及原語。在“發(fā)送幀列表”中添加幀及原語。

2）發(fā)送原語及延時

除了在發(fā)送幀列表中加入幀外，用戶還可以添加原語，設置其所帶的參數(shù)及個數(shù)，將在發(fā)送幀列表中顯示所加的原語名字。

在發(fā)送列表中還可以加入時延，在編輯框中輸入時延值，單位為微秒。時延項表示發(fā)送時，延時100μs 再發(fā)送下一個幀或原語。

4.3 接收測試

接收測試功能是指設備通過捕獲FC鏈路中的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行分析，判斷鏈路是否存在故障。為了更好地完成對FC鏈路的測試，該功能根據(jù)測試需要提供了三種測試方法，分別是數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)過濾及搜索轉存。

1）數(shù)據(jù)顯示

該功能可捕獲數(shù)據(jù)鏈路上的全部數(shù)據(jù)，停止捕獲后以列表形式顯示捕獲的幀及原語。在捕獲數(shù)據(jù)顯示列表中，選擇某一項，列表下的兩個區(qū)域分別顯示幀的解碼與原始數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)幀的解碼為樹形控件顯示FC幀頭的詳細解碼信息，如果FC-AE-ASM 高層協(xié)議幀，則在凈荷中顯示其解碼信息，同時顯示其對應的原始數(shù)據(jù)。

2）數(shù)據(jù)過濾

FC鏈路速率較高，因此捕獲鏈路上的所有數(shù)據(jù)進行分析，工作量大，受存儲空間限制，捕獲的時間往往很短，因此該設備在接收測試中增加數(shù)據(jù)過濾功能。

在接收數(shù)據(jù)前，設置過濾條件對接收的數(shù)據(jù)內容進行過濾，或者觸發(fā)條件，當接收到特定的數(shù)據(jù)后開始將數(shù)據(jù)放入捕獲數(shù)據(jù)空間中。

過濾觸發(fā)條件可設置為原語、幀定界符、幀內容及錯誤等四種的組合。

3）搜索轉存

該子功能可實現(xiàn)對接收數(shù)據(jù)的按照幀類型、幀數(shù)據(jù)、原語、SOF、錯誤幀、觸發(fā)幀等條件進行搜索轉存，過濾與測試無關的數(shù)據(jù)。

當選擇幀數(shù)據(jù)搜索條件時，設置數(shù)據(jù)在幀中的偏移位置、數(shù)據(jù)內容及相應的掩碼，當掩碼為1 表示相應的數(shù)據(jù)有效，否則為不關心。如果設置了多個搜索條件，條件之間的關系為邏輯或，即其中一個條件滿足即可。按照設置的搜索條件完成搜索后，用戶可對全部或部分捕獲數(shù)據(jù)進行轉存。

4.4 損傷測試

損傷測試是指對接收到的FC幀數(shù)據(jù)或原語按照指定的規(guī)則進行修改后再發(fā)送出去，該功能用于模擬FC網(wǎng)絡通訊過程中的損傷。該功能可設置幀修改、幀地址替換及原語替換三種損傷模式。

當選擇損傷測試為“幀修改”時，需要設置觸發(fā)修改的條件，該設備會過濾FC幀，滿足觸發(fā)條件時自動進行幀數(shù)據(jù)修改。幀修改功能可支持設置4個觸發(fā)條件，當接收到內容符合的幀時，其對應的位置的幀數(shù)據(jù)就被修改為指定的數(shù)據(jù)。

幀地址替換指當接收到源地址或目的地址為某個值的幀數(shù)據(jù)時觸發(fā)替換，將接收幀的源地址或目的地址替換為指定的值，然后再發(fā)送出去。觸發(fā)替換的地址有效位為對應掩碼值為1的地址位。觸發(fā)替換的有效原語位為對應掩碼值為1的數(shù)據(jù)位。當點擊“開始”按鈕時，開始進行損傷測試。

原語替換指當接收到某個原語時觸發(fā)替換，將接收原語替換為指定的原語，然后再發(fā)送出去。

5 結束語

經(jīng)過使用驗證，本文介紹基于FC節(jié)點機硬件平臺設計的FC協(xié)議測試設備實現(xiàn)了的FC協(xié)議測試功能，能夠完成的協(xié)議符合性測試、受測設備發(fā)送接收測試、損傷測試等基本測試，達到了設計目標。該設計充分利用現(xiàn)有的硬件資源，極大地降低了測試設備開發(fā)的風險及成本，所開發(fā)的設備可廣泛應用于各類FC網(wǎng)絡設備的設計開發(fā)及測試驗證，具有較廣闊的應用前景。

參考文獻：

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[3] 趙琳，李健.一種航電系統(tǒng)FC網(wǎng)絡管理系統(tǒng)研究與設計[J].電腦知識與技術，2017，13（32）：56-57，69.

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