基于FPGA 的光纤通信数据传输技术探究

徐志强

（中煤集团山西华昱能源有限公司，朔州 036900）

不管是国防范围内的导弹制造还是民用范围内的数据传输，对目标信息的传输和处理的实时性都有着较高的要求，而这种需求的满足需要得到高速数据传输技术的支持。为了满足社会各个领域发展中的数据传输需求，有必要不断提升数据传输的速度，因此具有高速性的FPGA 光纤通信数据传输技术研究具有重要的现实意义。

1 光纤通信数据传输技术研究

1.1 光纤通信技术

光纤通信技术在现代信息技术中发挥着重要的作用，尤其是高速数据传输领域应用范围。在各种光电器件性能逐步提升和完善的过程中，光纤通信技术也实现了进一步发展，不仅拥有更大的传输带宽，而且传输速度也有了大大的提升。光电通信系统中的信号通常是从发射端发出，每次发送前都必须在光发射机里进行电光转换处理，沿着光纤传输到接收端，传输过程中的光损耗需要通过中继器来补偿，以此增加传输驱动力。传输信号通过光接收机再次进行光电转换，以原始信号的形式输出，从而实现数据的传输。

1.2 高速串行数据传输技术

以传统数据并行传输技术为基础，经过不断的升级和改进后便得到了高速串行数据传输技术，从此朝着以高速传输为主要发展方向逐步升级。高速串行数据传输技术在实际应用过程中对硬件要求很高，为了充分满足这一应用需求，需要基于FPGA 结合可编辑逻辑资源和集成GTX 模块配置收发器。在可编程发送端和CML 串行驱动器基础上完成的电压摆幅和终端配置具有很好的信号优化作用，以保证数据路径延迟的可行性，还需对线路的速率进行合理的控制。此外，要将out-of-band 信号和beacon 信号充分的利用起来，满足SATA 设计和PCIExpress 设计。

1.3 光纤通信技术在数据传输中的优势

光纤通信数据传输技术被广泛的应用到了各个国家数据传输中，这种以光纤为介质、具备高频率载波的数据传输技术在实际应用中具有很多优势，尤其是超大的传输容量和极高的载波频率，这两点都是当前其他通信技术无法达到的。此外，还具有以下两点明显的优势：

第一，高保密性。现代信息化社会的数据具有共享性，这给人们生活和工作带来便利的同时也增加了数据安全隐患，但光纤数据传输技术具有很好的保密性，这也是该技术获得广泛应用的主要原因之一[1]。具有长波光的光纤通信数据传输技术可以在全反射模式下完成数据传输，这大大提高了数据传输的保密性，加之以光纤作为传输介质的光纤通信数据传输技术可以发挥光纤的抵御电磁辐射功能，以此避免传输过程中外界电磁辐射对其造成影响。

第二，抗干扰性好。为了保证数据传输的准确性，必须设法避免数据传输过程中受外界干扰，以光纤为传输介质的光纤通信数据传输技术拥有固定的传输范围，所以可以在很大程度上避免在数据传输过程中受到干扰，为了提升光纤通信技术的抗干扰性，通常在实际应用中还会在其表面涂抹一层涂覆层。

2 基于FPGA 的光纤通信数据传输技术研究

2.1 光纤通信模块

基于测试光纤通信模块研究数据传输技术，关键在于判断光纤通信技术的数据传输收发控制器对数据的收发控制功能是否已失效，与此同时，在数据传输过程中进行检测，选取高速传输时段的数据传输误码率。在测试光纤通信模块的过程中，可将FPGA 分为两个不同的模式进行检测，一个是数据帧产生，一个是数据帧检测，当中数据递增为16位的是数据帧产生模块，对数据帧检测模块而言，模块的输送是其检测工作中最为重要的部分，与此同时，还要根据检测错误的统计数据，将每一个错误位置都明确的标记出来。测试工作的顺利展开离不开对内置自环数据传输数据的充分利用，这样才能有效的避免单一的收发模板运用于光纤通信系统传输板上，用LC 连接器将两个模块连接在一起，为数据传输搭建渠道。测试工作的主要目的在于探究高速传输速率下的光纤通信数据传输技术可否实现无误码数据传输。

2.2 PCIe 模块

PCIe 模块总线接收测试：首先要将所有数据的编写工作在FPGA 内一并完成，形成一个完整的模块后再以多种不同的频率传输数据，如果在DMA 编写中进行中断操作，一定要将所有数据输入系统软件，对完成接收后数据进行速率检测，并有效的存储结果数值，以对比的方式判断数据误码情况。

PCIe 模块总线发送测试：将所有有用的数据从计算机磁盘上读取出来，以PCle 总线作为渠道，将数据传输到FPGA，提取数据的方式通常都是采用中断法，数据监测模块的编写需要在内部完成，在后期用于误码监测。

PCIe 模块总线接收与发送的同时测试：FPGA 通过PCIe 模块从本地磁盘文件里读取数据，将所获数据信息原路回写到本地磁盘中，通过一来一回的数据发送和接收过程中进行数据对比，对读写速率和误码情况进行检测。

2.3 数据存储设备模块

如果在数据传输过程中出现了写盘速度远远低于传输速度的情况，很有可能会出现传输数据被洗掉的问题，甚至导致数据传输错误，所以测试数据存储设备模块与光线通信系统数据传输的精确性有着直接的影响关系[2]。FPGA 在光纤接口部分完成了数据编码和存储，并在发送数据的过程中对传输进行控制，FPGA在接收部分分为两个部分，与发送部分功能有着一致性的是PC19054，对于TLK2501数据逻辑的控制基于FPGA 的光纤接口位置就可以顺利完成，同时还可以对数据存储和解码分析，从每一个细节处助理数据在高速速率下传输的精准性和实时性。

3 结束语

总之，基于FPGA 的光纤通信数据传输系统具有很好的应用前景，由于其自身拥有高速性、稳定性、抗干扰性和精准性等特征，所以在当前已有的实践应用中取得了较好的效果。希望本文对有关领域理论和应用的探索可以为今后的实践发展提供一定的参考。