光纤通道网络交换机时钟同步系统的研究与实现

摘要

光纤通道网络作为新一代高性能网络，由于其高带宽、低延时和高可靠等特性，非常适合在对数据传输实时性有较高要求的系统中使用。例如在电力、航空、军事、铁路的调度指挥等，都有精确的时间要求，如果命令与执行的时间产生偏差，可能会造成重大事故。精确的时间标志在网络中的作用越来越重要，网路中时钟同步系统的目的在于将基准时间准确地传递到网络中的各个终端，使网络中的所有节点具有统一的时间信息。如果网络发生故障，可以根据含有时间信息的日志文件，研究网络中各节点事件发生的先后顺序，便于查错，调试整个通信网络。
　　本研究通过比较几种网络时钟同步技术的优缺点，在光纤通道交换机中实现时钟同步功能找到切实可行的方案，采用光纤通道 FC(Fiber Channel)协议时钟同步原语技术，至今专门研究光纤通道网络中时钟同步技术并不成熟，也不普遍。本文研究光纤通道网络的特点、拓扑结构，网络分层、帧格式等内容，详细研究探索光纤通道网络协议中时钟同步技术实现方法、误差补偿处理、时钟偏差调整方式等，为时钟同步的实现提供理论依据。在此基础上设计出一种新型时钟同步系统，使用 Verilog HDL硬件描述语言实现光纤通道网络交换机芯片中多个端口时钟同步的功能。之后针对设计的时钟同步电路在虚拟平台进行仿真验证，给出验证仿真结果波形图，确保设计功能的准确性。在光纤通道交换机芯片中设计和实现高精度、低延时的时钟同步系统，满足光纤通道网络对时钟同步功能和性能的要求，为交换机中的数据进行传输与交换功能提供准确的时钟信息。具体实现方法采用FC协议中定义的时钟同步原语方式，软件对时钟同步电路进行诸如时钟同步使能、同步周期等进行初始化配置，核心的时钟同步功能，如带有时间信息的时钟同步原语的发送、接收与解析等功能，完全由硬件自动完成，时钟同步原语通过替代帧与帧之间三个连续的IDLE原语在光纤通道数据链路上进行传输，可以使光纤通道网络中各个节点达到微秒级的时钟同步精度，同时对光纤通道网络多时钟源授时冲突的问题寻找切实可行的解决方案。将设计的时钟同步系统以 IP的形式集成到光纤通道网络多种端口设备的设计中，实现高精度的光纤通道网络时钟同步功能。设计的时钟同步系统可以为光纤通道网络的构建和调试提供统一时间依据，加速光纤通道网络设备的研制以及光纤通道技术的推广和应用。

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第一章 绪论

1.1时钟同步技术以及研究意义

1.2时钟同步技术研究现状

1.3课题来源

1.4本论文研究目标及章节安排

第二章 光纤通道网络及其时钟同步技术研究

2.1光纤通道网络研究

2.2光纤通道网络时钟同步技术研究

2.3本章小结

第三章 光纤通道交换机时钟同步功能设计与实现

3.1光纤通道交换机时钟同步系统功能

3.2时钟同步系统实现

3.3本章小结

第四章 光纤通道交换机时钟同步功能仿真验证

4.1虚拟验证平台

4.2时钟同步功能验证

4.3时钟同步性能测试

4.4本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

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