引言
隨着新一代飛機的綜合化航電系統對通信需求的不斷提高，傳統的ARINC429、1553B總線的傳輸速率分別只有100Kbps和1Mbps，其帶寬已遠遠不能滿足系統通信的需求，無法爲高性能數據處理提供有力的通信支撐。
FC網絡是一種高速串行通信技術，速率可以達到1Gbps、2Gbps，甚至到4Gbps以上，同時還具備低延遲、可靠性高、重量輕、體積小，且應用靈活等特點，是一種新型的高速通信技術。定義了FC-AE以及ARINC818等專門應用於機載環境的高層通信協議，同時在網絡設備設計中，使用專用控制電路，增強了FC通信的可靠性和確定性，可以爲機載系統提供一個高速、高可靠性的FC通信網絡[1～2]。
本文首先描述FC網絡的拓撲結構和通信協議，然後重點介紹一種FC 網絡的配置方法，包括對節點機和交換機的配置，最後通過示例分析，驗證了FC網絡的性能和可靠性。
1 FC網絡簡介
1.1 FC網絡構成
FC網絡由FC交換機和FC節點機構成，FC交換機是整個網絡的核心部件，具有線速交換的功能，是連接各個節點機的交通樞紐；FC節點機是網絡中的重要部件，作爲終端可以通過交換機或者直接和節點機通信。
1.2 FC網絡拓撲結構
FC網絡作爲新型的高速串行通信網絡，採用分佈式架構，支持點到點、交換以及仲裁換三種拓撲連接方式：
1）點到點：該結構使用一個雙向的鏈路將兩個N端口連接起來構成通信網絡，是FC拓撲結構中最簡單的一種。該結構中兩個端口獨佔發送和接收帶寬，數據傳輸延遲低，確定性好。點到點拓撲具有結構簡單，可靠性高等優點，但是其缺點也很明顯的：支持節點數目太少，沒有擴展能力，不能滿足多個設備互連通信的需要。
2）仲裁環：仲裁環是將支持仲裁環功能的FC端口即L_Port（或具備L_Port功能的FC端口）連接起來組成的一個環狀串行通信網絡，併爲任意兩個端口提供邏輯上的雙向點到點通信鏈路。仲裁環拓撲具有結構簡單，組網費用低等優點，不需要使用額外的設備就可以完成多個FC設備的互連。但是，該拓撲結構具有可靠性較低，通信帶寬低，數據傳輸延遲大等缺點。
3）交換結構：交換結構是使用交換機將需要通信的N_Port連接起來構成的通信網絡。該拓撲中連接的設備數最多可達1500萬個以上，而且允許多個設備在同一時刻進行高速通信。交換結構是FC拓撲結構中功能最具優勢的拓撲結構，優點是通信帶寬高、可靠性高、數據傳輸延遲小和擴展性好。但是，其結構複雜，且組網費用較高。其中，交換拓撲結構除了組網費用高外，其它各個方面的特點都更爲適合航空電子系統的應用環境。
1.3 FC網絡基本通信原理
在FC網絡中，應用採用FC-AE-ASM消息進行端到端的通信，節點通過消息進行數據收發，每個節點都有自己的端口ID，發送消息中包含目的節點的端口ID，交換機在接收到消息時根據交換機轉發表查找消息需要轉發到的目的端口，接收節點不需要知道消息的源端，不進行應答，在接收到消息後，節點進行解析將消息數據提交給應用。
2 FC網絡配置的設計
在機載FC通信網絡中，需要進行網絡配置，對整個網絡統一規劃部署，以便完成網絡中各節點機之間的高效、高可靠數據通信。
在FC網絡中包括FC交換機和節點機兩部分，由於在航電系統中，拓撲結構具有確定性，因此配置的思路是採用各個模塊靜整理態配置的方式，這樣配置的好處是配置的速度快、確定性高，而且能夠避免由於某個模塊故障導致網絡整體配置失敗。網絡配置前要根據網絡拓撲結構規劃節點機需要連接的交換機端口和各個節點的通信流向。
2.1 交換機的配置
交換機的主要功能是數據的轉發，所以需要對每個連接節點機的端口配置轉發表，交換機的轉發表是用於加載到交換機中完成網絡路由的表，從不同端口輸入的消息，根據該消息的目的端口ID，查找轉發表的對應信息，從而轉發到不同的端口。交換機轉發表示例如表1所示。
交換機轉發規則示意如上表所示，如果消息數據從1端口進入，並且該消息的目的端口ID爲0x10001，則交換機查表將該數據從端口2轉發出去，依次類推，實現數據的轉發。
2.2 節點機的配置
節點機的配置主要包括收發消息的配置和節點屬性的配置，節點屬性主要配置節點機的端口類型是ASM或者AV，還有端口ID等屬性，收發消息配置主要是根據網絡通信規劃配置網絡中各個節點機間的通信消息，節點間使用消息通信，消息主要通過ID標識，消息ID使用根據協議規定其取值範圍爲1～232-1；0和0xFFFFFFFF保留，不允許使用，且網絡中所使用的消息必須全局唯一，節點間通信的示意圖如下：假設兩個節點進行通信，至少需配置一條消息，假設消息ID爲1，該消息對於節點A是發送消息，對於節點B是接收消息，如果兩個節點需要雙向通信，則還需要一條從節點B到節點A的消息，如圖1所示，具體使用的消息數目和通信流向可根據應用需求進行配置。
2.3 配置表的加載
FC交換機和FC節點機都使用PowerPC處理器，在其上運行程序，將網絡拓撲和節點機通信消息都配置好後，交換機的配置可以通過主機配置管理軟件生成，通過嵌入式PowerPC的以太網接口給交換機加載轉發表，兩者之間的通信通過socket套接字實現，採用client/Server模式使用TCP協議實現可靠的數據傳輸，其中主機程序爲客戶端，交換機端的程序爲服務器端，交換機在接收到配置數據後對其進行解析，然後配置到交換機的FPGA中的寄存器，由此實現對交換機轉發表的配置[3]。
節點機的配置可以通過主機配置管理軟件生成指定結構的配置信息，以.c文件的格式輸出，主要包括節點的屬性信息、發送通信表和接收通信表，發送通信表和接收通信表分別是每個節點機所用到的發送消息列表和接收消息列表。節點機驅動軟件將讀取該.c文件，並進行解析，將配置信息寫到節點機的FPGA中的寄存器，作爲節點通信的依據。
3 示例
下面針對某綜合處理系統FC交換網絡爲例，說明網絡的配置過程。該系統FC網絡由一個交換機和4個節點機組成，分別連接到交換機的1，2，3，4端口，則網絡拓撲結構如圖2所示，根據該拓撲結構，配置一個簡單的環形通信示例，即使用消息0x1從節點機1發到節點機2，節點機2收到後使用消息0x2發數據給節點機3，依次類推，形成1->2->3->4->1的環形通信。
根據上述方法，配置完成後，進行了4個節點之間的通信測試，經過長達4個小時的測試，網絡的通信過程中未發生丟包現象，可以穩定可靠的傳輸。
4 總結
本文介紹了一種FC網絡的配置方法，詳細介紹了節點機的配置、交換機的配置和配置信息的加載方法；通過示例分析，驗證了網絡的功能和可靠性。提供了一種FC網絡配置的思路和方法，爲高性能的FC網絡系統設計提供一定的參考。