基于FPGA 的光纖通信數據傳輸技術探究

徐志強

（中煤集團山西華昱能源有限公司，朔州 036900）

不管是國防范圍內的導彈制造還是民用范圍內的數據傳輸，對目標信息的傳輸和處理的實時性都有著較高的要求，而這種需求的滿足需要得到高速數據傳輸技術的支持。為了滿足社會各個領域發展中的數據傳輸需求，有必要不斷提升數據傳輸的速度，因此具有高速性的FPGA 光纖通信數據傳輸技術研究具有重要的現實意義。

1 光纖通信數據傳輸技術研究

1.1 光纖通信技術

光纖通信技術在現代信息技術中發揮著重要的作用，尤其是高速數據傳輸領域應用范圍。在各種光電器件性能逐步提升和完善的過程中，光纖通信技術也實現了進一步發展，不僅擁有更大的傳輸帶寬，而且傳輸速度也有了大大的提升。光電通信系統中的信號通常是從發射端發出，每次發送前都必須在光發射機里進行電光轉換處理，沿著光纖傳輸到接收端，傳輸過程中的光損耗需要通過中繼器來補償，以此增加傳輸驅動力。傳輸信號通過光接收機再次進行光電轉換，以原始信號的形式輸出，從而實現數據的傳輸。

1.2 高速串行數據傳輸技術

以傳統數據并行傳輸技術為基礎，經過不斷的升級和改進后便得到了高速串行數據傳輸技術，從此朝著以高速傳輸為主要發展方向逐步升級。高速串行數據傳輸技術在實際應用過程中對硬件要求很高，為了充分滿足這一應用需求，需要基于FPGA 結合可編輯邏輯資源和集成GTX 模塊配置收發器。在可編程發送端和CML 串行驅動器基礎上完成的電壓擺幅和終端配置具有很好的信號優化作用，以保證數據路徑延遲的可行性，還需對線路的速率進行合理的控制。此外，要將out-of-band 信號和beacon 信號充分的利用起來，滿足SATA 設計和PCIExpress 設計。

1.3 光纖通信技術在數據傳輸中的優勢

光纖通信數據傳輸技術被廣泛的應用到了各個國家數據傳輸中，這種以光纖為介質、具備高頻率載波的數據傳輸技術在實際應用中具有很多優勢，尤其是超大的傳輸容量和極高的載波頻率，這兩點都是當前其他通信技術無法達到的。此外，還具有以下兩點明顯的優勢：

第一，高保密性。現代信息化社會的數據具有共享性，這給人們生活和工作帶來便利的同時也增加了數據安全隱患，但光纖數據傳輸技術具有很好的保密性，這也是該技術獲得廣泛應用的主要原因之一[1]。具有長波光的光纖通信數據傳輸技術可以在全反射模式下完成數據傳輸，這大大提高了數據傳輸的保密性，加之以光纖作為傳輸介質的光纖通信數據傳輸技術可以發揮光纖的抵御電磁輻射功能，以此避免傳輸過程中外界電磁輻射對其造成影響。

第二，抗干擾性好。為了保證數據傳輸的準確性，必須設法避免數據傳輸過程中受外界干擾，以光纖為傳輸介質的光纖通信數據傳輸技術擁有固定的傳輸范圍，所以可以在很大程度上避免在數據傳輸過程中受到干擾，為了提升光纖通信技術的抗干擾性，通常在實際應用中還會在其表面涂抹一層涂覆層。

2 基于FPGA 的光纖通信數據傳輸技術研究

2.1 光纖通信模塊

基于測試光纖通信模塊研究數據傳輸技術，關鍵在于判斷光纖通信技術的數據傳輸收發控制器對數據的收發控制功能是否已失效，與此同時，在數據傳輸過程中進行檢測，選取高速傳輸時段的數據傳輸誤碼率。在測試光纖通信模塊的過程中，可將FPGA 分為兩個不同的模式進行檢測，一個是數據幀產生，一個是數據幀檢測，當中數據遞增為16位的是數據幀產生模塊，對數據幀檢測模塊而言，模塊的輸送是其檢測工作中最為重要的部分，與此同時，還要根據檢測錯誤的統計數據，將每一個錯誤位置都明確的標記出來。測試工作的順利展開離不開對內置自環數據傳輸數據的充分利用，這樣才能有效的避免單一的收發模板運用于光纖通信系統傳輸板上，用LC 連接器將兩個模塊連接在一起，為數據傳輸搭建渠道。測試工作的主要目的在于探究高速傳輸速率下的光纖通信數據傳輸技術可否實現無誤碼數據傳輸。

2.2 PCIe 模塊

PCIe 模塊總線接收測試：首先要將所有數據的編寫工作在FPGA 內一并完成，形成一個完整的模塊后再以多種不同的頻率傳輸數據，如果在DMA 編寫中進行中斷操作，一定要將所有數據輸入系統軟件，對完成接收后數據進行速率檢測，并有效的存儲結果數值，以對比的方式判斷數據誤碼情況。

PCIe 模塊總線發送測試：將所有有用的數據從計算機磁盤上讀取出來，以PCle 總線作為渠道，將數據傳輸到FPGA，提取數據的方式通常都是采用中斷法，數據監測模塊的編寫需要在內部完成，在后期用于誤碼監測。

PCIe 模塊總線接收與發送的同時測試：FPGA 通過PCIe 模塊從本地磁盤文件里讀取數據，將所獲數據信息原路回寫到本地磁盤中，通過一來一回的數據發送和接收過程中進行數據對比，對讀寫速率和誤碼情況進行檢測。

2.3 數據存儲設備模塊

如果在數據傳輸過程中出現了寫盤速度遠遠低于傳輸速度的情況，很有可能會出現傳輸數據被洗掉的問題，甚至導致數據傳輸錯誤，所以測試數據存儲設備模塊與光線通信系統數據傳輸的精確性有著直接的影響關系[2]。FPGA 在光纖接口部分完成了數據編碼和存儲，并在發送數據的過程中對傳輸進行控制，FPGA在接收部分分為兩個部分，與發送部分功能有著一致性的是PC19054，對于TLK2501數據邏輯的控制基于FPGA 的光纖接口位置就可以順利完成，同時還可以對數據存儲和解碼分析，從每一個細節處助理數據在高速速率下傳輸的精準性和實時性。

3 結束語

總之，基于FPGA 的光纖通信數據傳輸系統具有很好的應用前景，由于其自身擁有高速性、穩定性、抗干擾性和精準性等特征，所以在當前已有的實踐應用中取得了較好的效果。希望本文對有關領域理論和應用的探索可以為今后的實踐發展提供一定的參考。