一种光纤信号转换设备及系统的制作方法

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1.本发明实施例涉及实时仿真技术领域，特别涉及一种光纤信号转换设备及系统。

背景技术：

2.近年来，基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter，mmc)技术的柔性直流在可再生能源并网、异步联网等领域得到了越来越广泛的研究与应用。mmc数量庞大的功率模块与电力电子开关器件极大地增加了柔性直流系统的复杂度，对控制保护系统的研发、测试及其全生命周期维护带来了更大挑战。而相较于现场试验，实时仿真具有良好的可控性、无破坏性和经济性。在mmc的实时仿真中，通常情况下mmc数量庞大的子模块解算由现场可编程门阵列(field programmable gate array，fpga)完成，剩余的主电路解算则由异构cpu(central processing unit)执行，其中，fpga和cpu之间通过低延迟接口(peripheral component interconnect express，pcie)进行通信，此外，fpga中的mmc模型与控制器通过光纤实现通信。
3.在mmc仿真机与控制器中，均需要将待传输数据依次进行串行发送或解析，因此，mmc仿真机与控制器之间的通信需要通过数量有限的高速光纤来实现，以从系统功能上实现mmc与控制器之间的通信。而实物mmc中数量高达数千的各个子模块与控制器是采用单独的低速光纤进行通信，因此，mmc仿真机与控制器之间的高速光纤通信机制与实物mmc与控制器的通信机制不一致，无法实现对控制器真正意义上的半物理仿真。
4.为了实现mmc控制器的半物理仿真，首先需要设计一种光纤信号转换设备来实现mmc仿真机的高速光纤信号与低速光纤信号之间的转换，以实现mmc模型的各子模块与控制器之间“一对一”的低速光纤连接，可以通过采用分布式的多片fpga实现低速光纤信号到高速信号的转换，多片fpga与主控fpga进行通信，并通过主控fpga与mmc仿真机进行高速光纤通信，但是这种方式的设计成本高、功耗大且运维难。

技术实现要素：

5.本发明实施方式的目的在于提供一种光纤信号转换设备及系统，可以用于实现mmc控制器的半物理仿真，并且降低了设备的设计成本与功耗，易于运维。
6.为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种光纤信号转换设备，包括：光电转换板、背板和核心板；所述光电转换板包括：一个高速光电转换板和n个低速光电转换板；所述高速光电转换板与mmc实时仿真机通信连接，用于接收mmc实时仿真机发送的高速光纤信号，并将所述高速光纤信号发送至所述背板，所述低速光电转换板与mmc控制器通信连接，用于接收所述mmc控制器发送的低速光纤信号，并将所述低速光纤信号发送给所述背板；其中，所述n为大于或等于1的整数；所述背板同时与所述核心板和所述光电转换板通信连接，用于接收所述低速光电转换板发送的低速光纤信号和所述高速光电转换板发送的高速光纤信号，并将所述低速光纤信号和所述高速光纤信号转发至所述核心板；所述核心板包括fpga芯片，所述fpga芯片用于将所述低速光纤信号转换为高速光纤信号，并将经转换
得到的所述高速光纤信号通过所述背板发送至所述高速光电转换板，供所述高速光电转换板将所述经转换得到的高速光纤信号发送至所述mmc实时仿真机；所述fpga芯片还用于将所述高速光纤信号转换为低速光纤信号，并将经转换得到的低速光纤信号通过所述背板发送至所述低速光电转换板，供所述低速光电转换板将所述经转换得到的低速光纤信号发送至所述mmc控制器。
7.为解决上述技术问题，本发明的实施方式还提供了一种光纤信号转换系统，包括：mmc实时仿真机、mmc控制器以及至少一个上述的光纤信号转换设备；其中，所述光纤信号转换设备同时与所述mmc实时仿真机和所述mmc控制器通信连接。
8.本发明实施方式相对于现有技术而言，光纤信号转换设备包括：光电转换板、背板和核心板；光电转换板包括：一个高速光电转换板和n个低速光电转换板；高速光电转换板与mmc实时仿真机通信连接，用于接收mmc实时仿真机发送的高速光纤信号，并将高速光纤信号发送至背板，低速光电转换板与mmc控制器通信连接，用于接收mmc控制器发送的低速光纤信号，并将低速光纤信号发送给背板；其中，n为大于或等于1的整数；背板同时与核心板和光电转换板通信连接，用于接收低速光电转换板发送的低速光纤信号和所速光电转换板发送的高速光纤信号，并将低速光纤信号和高速光纤信号转发至所述核心板；核心板包括fpga芯片，fpga芯片用于将低速光纤信号转换为高速光纤信号，并将经转换得到的高速光纤信号通过背板发送至高速光电转换板，供高速光电转换板将经转换得到的高速光纤信号发送至mmc实时仿真机；fpga芯片还用于将高速光纤信号转换为低速光纤信号，并将经转换得到的低速光纤信号通过背板发送至低速光电转换板，供低速光电转换板将经转换得到的低速光纤信号发送至mmc控制器。本技术的背板相当于连接光电转换板和核心板的桥梁，通过背板将光电转换板从mmc实时仿真机接收的高速光纤信号和从mmc控制器接收的低速光纤信号转发至核心板，使核心板的fpga芯片可以实现低速光纤信号和高速光纤信号的转换，以使mmc实时仿真机的高速光纤信号经转换后可以发送至mmc控制器，mmc控制器的低速光纤信号经转换后可以发送至mmc实时仿真机，即实现了高速光纤信号与低速光纤信号之间的转换，从而实现了mmc控制器的半物理仿真。并且本技术的设备仅使用一块fpga芯片，有效地降低了设备的设计成本与功耗，易于运维。
9.另外，每个所述低速光电转换板具有m个信号发送通道和m个信号接收通道，所述m为大于或等于1的整数；所述背板具体用于对各所述低速光电转换板通过所述m个信号发送通道发送的低速光纤信号进行差分转单端转换，并将经转换得到的所述低速光纤信号转发至所述核心板；所述背板还用于对所述fpga芯片发送的低速光纤信号进行单端转差分转换，并将经转换得到的低速光纤信号通过各所述低速光电转换板的所述m个信号接收通道转发至各所述低速光电转换板。本技术中通过背板将低速光电转换板和核心板发送的光纤信号分别进行转换，使得核心板和低速光电转换板能成功接收到对应的光纤信号，以完成相应的操作。
10.另外，所述核心板具体通过所述fpga芯片的m*n个所述管脚接收所述背板转发的低速光纤信号，以及通过m*n个所述管脚向所述背板发送经转换得到的低速光纤信号。本技术中通过fpga芯片的多个管脚完成多个低速光纤信号的发送和接收，无需使用多个fpga芯片，有效地较低了设备的设计成本和功耗。
11.另外，所述低速光电转换板采用sfp封装格式，并通过lc接口与所述mmc控制器连
接。本技术中的低速光电转换板采用sfp封装格式，并且接口为lc接口，可以提升光纤信号的传输速率。
12.另外，所述高速光电转换板具有k个信号收发通道，所述k为大于或等于1的整数；所述背板具体用于将所述高速光电转换板通过所述k个信号收发通道发送的高速光纤信号转发至所述核心板，以及将所述fpga芯片发送的经转换得到的高速光纤信号通过所述k个信号收发通道转发至所述高速光电转换板；所述核心板具体通过所述fpga芯片的k个所述管脚接收所述背板转发的高速光纤信号，以及通过所述k个管脚向所述背板发送经转换得到的高速光纤信号。本技术中通过fpga芯片的多个管脚完成多个高速光纤信号的发送和接收，无需使用多个fpga芯片，有效地较低了设备的设计成本和功耗。
13.另外，所述核心板还包括：dc-dc电源转换器和晶振；所述dc-dc电源转换器用于将所述光纤信号转换设备的预设电压转换为所述fpga芯片所需的电压；所述晶振用于为所述fpga芯片提供时钟源。本技术中通过dc-dc电源转换器转换预设的电源电压，使得电压更加符合fpga芯片的需求。
14.另外，所述fpga芯片还用于在通过所述背板向所述高速光电转换板发送高速光纤信号，以及接收所述背板转发的来自所述高速光电转换板的高速光纤信号的同时，向所述高速光电转换板发送gmii信号和uart信号，供所述高速光电转换板将所述gmii信号和uart信号发送至所述光纤信号转换设备的上位机，以及接收所述高速光电转换板发送的来自所述光纤信号转换设备的上位机的gmii信号和uart信号；其中，所述gmii信号和所述uart信号用于所述光纤信号转换设备与所述光纤信号转换设备的上位机进行通信。本技术中的fpga芯片通过向高速光电转换板发送gmii信号和uart信号，以及接收高速光电转换板发送来自光纤信号转换设备的上位机的gmii信号和uart信号，可以实现光纤信号转换设备与外部设备，即光纤信号转换设备的上位机的通信。
15.另外，所述核心板还包括高密度连接器，所述高密度连接器用于扩展所述fpga芯片的管脚。本技术中通过高密度连接器扩展fpga芯片的管脚，使得满足不同数量的光电转换板的光纤信号传输需求。
16.另外，所述背板通过cpci连接器与所述光电转换板连接。本技术中通过cpci连接器连接光电转换板和背板，可以实现光电转换板的扩展。
附图说明
17.一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
18.图1是根据本发明一个实施例提供的一种光纤信号转换设备的示意图；
19.图2是根据本发明一个实施例提供的一种低速光电转换板的示意图；
20.图3是根据本发明一个实施例提供的一种π型滤波器的示意图；
21.图4是根据本发明一个实施例提供的一种高速光电转换板的示意图；
22.图5是根据本发明一个实施例提供的一种背板的示意图；
23.图6是根据本发明一个实施例提供的一种核心板的示意图；
24.图7是根据本发明一个实施例提供的一种fpga芯片的程序设计示意图；
25.图8是根据本发明一个实施例提供的一种光纤信号转换系统的结构示意图；
26.图9是根据本发明一个实施例提供的一种mmc仿真测试的流程图。
具体实施方式
27.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本技术而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本技术所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本发明的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
28.本发明的一个实施例涉及一种光纤信号转换设备，下面对本实施方式的光纤信号转换设备的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。本实施例的光纤信号转换设备的结构示意图参见图1，具体包括：光电转换板、背板和核心板。
29.具体而言，光电转换板包括：一个高速光电转换板和n个低速光电转换板；高速光电转换板与mmc实时仿真机通信连接，用于接收mmc实时仿真机发送的高速光纤信号，并将所述高速光纤信号发送至背板，低速光电转换板与mmc控制器通信连接，用于接收mmc控制器发送的低速光纤信号，并将低速光纤信号发送给背板；其中，所述n为大于或等于1的整数。背板同时与核心板和所述光电转换板通信连接，用于接收低速光电转换板发送的低速光纤信号和高速光电转换板发送的高速光纤信号，并将低速光纤信号和所述高速光纤信号转发至核心板。核心板包括fpga芯片，fpga芯片用于将低速光纤信号转换为高速光纤信号，并将经转换得到的高速光纤信号通过背板发送至高速光电转换板，供高速光电转换板将经转换得到的高速光纤信号发送至mmc实时仿真机；fpga芯片还用于将高速光纤信号转换为低速光纤信号，并将经转换得到的低速光纤信号通过背板发送至低速光电转换板，供低速光电转换板将经转换得到的低速光纤信号发送至mmc控制器。
30.在具体实现中，由于光纤信号转换设备中各模块通过电信号进行通信，因此，低速光电转换板在接收到来自mmc控制器的低速光纤信号后，会将低速光纤信号转换为低速接口信号，并将低速接口信号发送至背板，供背板将低速接口信号转发至核心板，即光纤信号转换设备中的传输的低速光纤信号均为低速接口信号，则低速光电转换板在接收到来自fpga芯片的低速接口信号后，会将低速接口信号转换为低速光纤信号，并将低速光纤信号发送至mmc控制器。同理，高速光电转换板在接收到来自mmc实时仿真机的高速光纤信号后，会将高速光纤信号转换为高速接口信号，并将高速接口信号发送至背板，供背板将高速接口信号转发至核心板，即光纤信号转换设备中的传输的高速光纤信号均为高速接口信号，则高速光电转换板在接收到来自fpga芯片的高速接口信号后，会将高速接口信号转换为高速光纤信号，并将高速光纤信号发送至mmc实时仿真机。
31.因此，在本实施例中，下面所述的在光纤信号转换设备中的传输的低速光纤信号实际均为低速接口信号，高速光纤信号均为高速接口信号，后续不再说明。
32.在一个实施例中，低速光电转换板的示意图参见图2，低速光电转换板与mmc控制器通信连接，用于接收mmc控制器发送的低速光纤信号，并将低速光纤信号通过背板发送至
核心板，使得核心板将低速光纤信号转换为高速光纤信号，并将经转换得到的低速光纤信号通过背板发送至高速光电转换板，然后高速光电转换板再将经转换得到的高速光纤信号发送至mmc实时仿真机，同时，低速光电转换板还用于接收核心板发送的经转换得到的低速光纤信号，并将经转换得到的低速光纤信号发送至mmc控制器。
33.其中，由于低速光电转换板与mmc控制器通信连接，而mmc控制器对外需要连接高达数千根低速光纤，因此，本实施例中的光电转换板包括n个低速光电转换板，其中，每个低速光电转换板具有m个信号发送通道和m个信号接收通道，即低速光电转换板的信号发送通道与信号接收通道不同。其中，m和n均为大于或等于1的整数，且m和n的值根据实际需要确定。
34.具体地，低速光电转换板包括m个低速光电转换模块连接器，低速光电转换模块连接器用于完成低速光纤信号的接收和发送，即低速光电转换模块连接器为低速光纤信号的发送和接收通道。其中，每个低速光电转换模块连接器在完成低速光纤信号的接收和发送时所需的电压需要经过电平转换芯片对电源电压进行转换，例如，低速光电转换模块连接器所需电压为3.3v，电源电压vcc为12v，电平转换芯片为12v转3.3v，即通过电平转换芯片为低速光电转换模块连接器提供转换后的3.3v(vcc3p3)的电压，使其完成低速光纤信号的接收和发送。可以理解的是，低速光电转换模块连接器发送的低速光纤信号即为通过背板向核心板发送的低速光纤信号，低速光电转换模块连接器接收的低速光纤信号即为核心板通过背板发送的经转换得到的低速光纤信号。
35.在一个例子中，在电平转换芯片将电源电压转换为低速光电转换模块连接器所需电压后，电压会通过π型滤波器进行滤波，以降低电源纹波，为低速光电转换模块连接器提供更稳定的电压。其中，π型滤波器的示意图参见图3，由两个旁路电容和一个串接的电感组成，π型滤波器的输入input为经电平转换芯片转换得到的电压，即3.3v电压，输出output为经滤波得到的电压(vcc_rx)，输出至光电转换模块连接器。
36.在一个例子中，低速光电转换板采用sfp(small form-factor pluggables)封装格式，并通过lc接口与mmc控制器连接。本实施例中的低速光电转换板采用sfp封装格式，并且接口为lc接口，可以提升光纤信号的传输速率。需要说明的是，本实施例的低速光电转换板的封装格式和接口可以根据实际的应用场景预先设置。
37.在一个实施例中，高速光电转换板的示意图参见图4，高速光电转换板与mmc实时仿真机通信连接，用于接收mmc实时仿真机送的高速光纤信号，并将高速光纤信号通过背板发送至核心板，使得核心板将高速光纤信号转换为低速光纤信号，并将经转换得到的低速光纤信号通过背板发送至低速光电转换板，然后低速光电转换板将经转换得到的低速光纤信号发送至mmc控制器，同时，高速光电转换板还用于接收核心板发送的经转换得到的高速光纤信号，并将经转换得到的高速光纤信号发送至mmc实时仿真机。
38.其中，高速光电转换板具有k个信号收发通道，即高速光电转换板的信号接收通道与信号发送通道相同，k为大于或等于1的整数。
39.具体地，高速光电转换板包括k个高速光电转换模块连接器，高速光电转换模块连接器用于完成高速光纤信号的接收和发送，即高速光电转换模块连接器为高速光纤信号的发送和接收通道。其中，高速光电转换模块连接器在完成高速光纤信号的接收和发送时所需的电压与低速光电转换模块连接器类似，同样需要经过电平转换芯片对电源电压进行转
换，以及在电平转换芯片将电源电压转换为高速光电转换模块连接器所需电压后，电压会通过π型滤波器进行滤波，此处实现细节与低速光电转换板类似，不再赘述。可以理解的是，高速光电转换模块连接器发送的高速光纤信号即为通过背板向核心板发送的高速光纤信号，高速光电转换模块连接器接收的高速光纤信号即为核心板通过背板发送的经转换得到的高速光纤信号。
40.在一个例子中，高速光电转换板还会包括：吉比特媒体独立接口(gigabit media independent interface)，gmii)和通用异步收发接口(universal asynchronous receiver transmitter，uart)，gmii接口用于接收核心板通过背板发送的gmii信号，以将核心板发送的gmii信号发送至光纤信号转换设备的上位机，同时，gmii接口还用于高速光电转换板接收来自光纤信号转换设备的上位机的gmii信号，并将来自光纤信号转换设备的上位机的gmii信号发送至核心板；uart接口用于接收核心板通过背板发送的uart信号，以将核心板发送的uart信号发送至光纤信号转换设备的上位机，同时，uart接口还用于高速光电转换板接收来自光纤信号转换设备的上位机的uart信号并将来自光纤信号转换设备的上位机的uart信号发送至核心板，可以看出，高速光电转换板通过向核心板发送gmii信号和uart信号，以及接收来自核心板的gmii信号和uart信号，可以实现光纤信号转换设备与外部设备，即光纤信号转换设备的上位机进行通信。
41.进一步地，光电转换板，即一个高速光电转换板和n个低速光电转换板均通过cpci连接器与背板连接。本实施例中通过cpci连接器连接光电转换板和背板，可以实现光电转换板的扩展。
42.在一个实施例中，背板的示意图参见图5，由于背板与核心板和光电转换板通信连接，因此，背板用于接收低速光电转换板发送的低速光纤信号和高速光电转换板发送的高速光纤信号，并将低速光纤信号和高速光纤信号转发至核心板，同时，背板还用于接收核心板发送的经转换得到的高速光纤信号和低速光纤信号，以将经转换得到的高速光纤信号发送至高速光电转换板，将低速光纤信号发送至低速光电转换板。
43.在具体实现中，每个低速光电转换板具有m个信号发送通道和m个信号接收通道，则背板具体用于对各低速光电转换板通过m个信号发送通道发送的低速光纤信号进行差分转单端转换，并将经转换得到的低速光纤信号转发至核心板；背板还用于对fpga芯片发送的低速光纤信号进行单端转差分转换，并将经转换得到的低速光纤信号通过各低速光电转换板的m个信号接收通道转发至各低速光电转换板。本实施例中通过背板将低速光电转换板和核心板发送的低速光纤信号分别进行转换，使得核心板和低速光电转换板能成功接收到对应的低速光纤信号，以完成相应的操作。
44.具体地，由于低速光电转换模块接收和发送的低速光纤信号是差分信号，而核心板接收的和发送的低速光纤信号是单端信号，因此，需要通过背板对低速光电转换板发送的低速光纤信号进行差分转单端转换，将经转换得到的低速光纤信号转发至核心板，以及对fpga芯片发送的低速光纤信号进行单端转差分转换，将经转换得到的低速光纤信号转发至低速光电转换板。
45.在具体实现中，高速光电转换板具有k个信号收发通道，则背板具体用于将所述高速光电转换板通过k个信号收发通道发送的高速光纤信号转发至核心板，以及将fpga芯片发送的经转换得到的高速光纤信号通过k个信号收发通道转发至高速光电转换板，即对于
高速光电转换板和fpga芯片发送的高速光纤信号无需背板进行转换，背板可以直接将其转发至对应的模块。本实施例中通过背板将高速光电转换板和核心板发送的高速光纤信号分别进行转换，使得核心板和高速光电转换板能成功接收到对应的高速光纤信号，以完成相应的操作。
46.在一个例子中，背板还用于接收fpga芯片发送的gmii信号和uart信号，并将gmii信号和uart信号转发至高速光电转换板，同时背板还用于接收高速光电转换板发送的gmii信号和uart信号，并将gmii信号和uart信号转发至fpga芯片，gmii信号和uart信号的作用参见高速光电转换板的实施例，此处不再赘述。
47.可以理解的是，背板还用于向光电转换板传输来自电源板的电压，例如电压为12v，供光电转换板的电平转换芯片对电源电压进行转换，以及滤波电压。
48.进一步地，背板通过核心板的高密度连接器与核心板通信连接。
49.在一个实施例中，核心板的示意图参见图6，核心板包括：fpga芯片，其中，fpga芯片用于将接收背板转发的来自低速光电转换板的低速光纤信号，将低速光纤信号转换为高速光纤信号，并将经转换得到的高速光纤信号通过背板发送至高速光电转换板，供高速光电转换板将经转换得到的高速光纤信号发送至mmc实时仿真机；同时，fpga芯片还用于接收背板转发的来自高速光电转换板的高速光纤信号，将高速光纤信号转换为低速光纤信号，并将经转换得到的低速光纤信号通过背板发送至低速光电转换板，供低速光电转换板将经转换得到的低速光纤信号发送至mmc控制器。
50.其中，由于核心板接收的低速光纤信号是背板转发的来自n个低速光电转换板通过各自的m个信号发送通道发送的低速光纤信号，因此，核心板具体通过fpga芯片的m*n个管脚接收背板转发的低速光纤信号，而低速光电转换板的信号接收通道与信号发送通道不相同，且每个低速光电转换板具有m个信号发送通道和m个信号接收通道，因此，核心板具体通过fpga芯片的m*n个管脚向背板发送经转换得到的低速光纤信号。即核心板的fpga芯片至少需要2*m*n个管脚来实现低速光纤信号的发送与接收。本实施例中通过fpga芯片的多个管脚完成多个低速光纤信号的发送和接收，无需使用多个fpga芯片，有效地较低了设备的设计成本和功耗。
51.其中，由于核心板接收的高速光纤信号是背板转发的一个高速光电转换板过k个信号收发通道发送的高速光纤信号，因此，核心板具体通过fpga芯片的k个管脚接收背板转发的高速光纤信号，而高速光电转换板的信号接收通道与信号发送通道是相同的，且每个高速光电转换板具有k个信号收发通道，因此，核心板具体通过fpga芯片的k个管脚向高速光电转换板发送经转换得到的高速光纤信号。即核心板的fpga芯片至少需要k个管脚来实现高速光纤信号的发送与接收。本实施例中通过fpga芯片的多个管脚完成多个高速光纤信号的发送和接收，无需使用多个fpga芯片，有效地较低了设备的设计成本和功耗。
52.需要说明的是，本实施例的fpga芯片用于完成高速光纤信号的发送与接收的至少k个管脚与用于完成低速光纤信号的发送与接收的2*m*n个管脚，分属于不同类的管脚，用于完成高速光纤信号的发送与接收的至少k个管脚为专用高速光纤信号的传输管脚。
53.在一个例子中，fpga芯片还用于在通过背板向高速光电转换板发送高速光纤信号，以及接收背板转发的来自高速光电转换板的高速光纤信号的同时，向高速光电转换板发送gmii信号和uart信号，以及接收高速光电转换板发送的gmii信号和uart信号；其中，
gmii信号和uart信号用于所述fpga芯片与光纤信号转换设备的上位机进行通信。其中，gmii信号和uart信号用于实现光纤信号转换设备与外部设备的通信。
54.进一步地，核心板还包括高密度连接器，高密度连接器用于扩展fpga芯片的管脚。本实施例中通过高密度连接器扩展fpga芯片的管脚，使得满足不同数量的光电转换板的光纤信号传输需求。例如，当低速光电转换板的数量增多时，低速光电转换板的信号发送通道与信号接收通道也相应增多，此时就需要fpga芯片增加相应数量的管脚，以接收来自低速光电转换板的低速光纤信号，以及通过背板向低速光电转换板发送低速光纤信号。
55.在具体实现中，核心板还包括：dc-dc电源转换器和晶振，dc-dc电源转换器用于将光纤信号转换设备的预设电压，即电源板提供的电压，转换为fpga芯片所需的电压；晶振用于为fpga芯片提供时钟源。本实施例中通过dc-dc电源转换器转换预设的电源电压，使得电压更加符合fpga芯片的需求。需要说明的是，fpga芯片在执行不同的操作时，所需的电压可能不同，即fpga芯片所需的电压种类不止一种，因此，需要dc-dc电源转换器为fpga芯片提供不同的转换电压。
56.进一步地，核心板还包括：e2prom芯片、qspi flash芯片以及usb jtag接口，其中，e2prom芯片用于存储设备的用户信息，qspi flash芯片用于存储fpga芯片的加载文件，即fpga芯片运行时加载时的文件，usb jtag接口用于监测和调试fpga芯片，例如，监测fpga芯片的内部信号时序和逻辑状态。
57.在一个例子中，本实施例的fpga芯片的程序设计功能图参见图7，具体包括：高速光纤通信、低速光纤通信以及网络通信。
58.其中，高速光纤通信为光纤信号转换设备与mmc实时仿真机的通信，即通过高速光电转换板实现光纤信号转换设备与mmc实时仿真机之间高速光纤信号的传输。低速光纤通信即为光纤信号转换设备与mmc控制器的通信，即通过低速光电转换板实现光纤信号转换设备与mmc控制器之间低速光纤信号的传输。网络通信即为光纤信号转换设备与光纤信号转换设备的上位机的通信，即通过gmii信号和uart信号实现光纤信号转换设备与光纤信号转换设备的上位机的通信。
59.可以理解的是，本实施例的光纤信号转换设备还会包括电源板、开关、必要的led状态指示以及必要的外围电路，以辅助完成光纤信号的转换。
60.需要说明的是，本实施方式中的上述各示例均为方便理解进行的举例说明，并不对本发明的技术方案构成限定。
61.本实施例中，光纤信号转换设备包括：光电转换板、背板和核心板；光电转换板包括：一个高速光电转换板和n个低速光电转换板；高速光电转换板与mmc实时仿真机通信连接，用于接收mmc实时仿真机发送的高速光纤信号，并将高速光纤信号发送至背板，低速光电转换板与mmc控制器通信连接，用于接收mmc控制器发送的低速光纤信号，并将低速光纤信号发送给背板；其中，n为大于或等于1的整数；背板同时与核心板和光电转换板通信连接，用于接收低速光电转换板发送的低速光纤信号和所速光电转换板发送的高速光纤信号，并将低速光纤信号和高速光纤信号转发至所述核心板；核心板包括fpga芯片，fpga芯片用于将低速光纤信号转换为高速光纤信号，并将经转换得到的高速光纤信号通过背板发送至高速光电转换板，供高速光电转换板将经转换得到的高速光纤信号发送至mmc实时仿真机；fpga芯片还用于将高速光纤信号转换为低速光纤信号，并将经转换得到的低速光纤信
号通过背板发送至低速光电转换板，供低速光电转换板将经转换得到的低速光纤信号发送至mmc控制器。本技术的背板相当于连接光电转换板和核心板的桥梁，通过背板将光电转换板从mmc实时仿真机接收的高速光纤信号和从mmc控制器接收的低速光纤信号转发至核心板，使核心板的fpga芯片可以实现低速光纤信号和高速光纤信号的转换，以使mmc实时仿真机的高速光纤信号经转换后可以发送至mmc控制器，mmc控制器的低速光纤信号经转换后可以发送至mmc实时仿真机，即实现了高速光纤信号与低速光纤信号之间的转换，从而实现了mmc控制器的半物理仿真。并且本技术的设备仅使用一块fpga芯片，有效地降低了设备的设计成本与功耗，易于运维。
62.本发明的另一个实施例涉及一种光纤信号转换系统，应用于mmc实时仿真应用场景中，下面对本实施方式的光纤信号转换系统的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。本实施例的光纤信号转换系统的结构示意图参见图8，具体包括：mmc实时仿真机、mmc控制器以及多个光纤信号转换设备；其中，光纤信号转换设备同时与mmc实时仿真机和mmc控制器通信连接。
63.在具体实现中，光纤信号转换系统还包括mmc实时仿真机的上位机、光纤信号转换设备的上位机以及网络交换机。
64.具体而言，光纤信号转换设备用于接收mmc控制器发送的低速光纤信号，将低速光纤信号转换为高速光纤信号，并将经转换得到的高速光纤信号发送至所述mmc实时仿真机，同时，光纤信号转换设备还用于接收mmc实时仿真机发送的高速光纤信号，将高速光纤信号转换为低速光纤信号，并将经转换得到的低速光纤信号发送至所述mmc控制器，即本实施例可以实现高速光纤信号与低速光纤信号之间的转换，以实现mmc实时仿真机与mmc控制器之间的通信。
65.其中，光纤信号转换设备为上述实施例中所述的光纤信号转换设备，由于mmc控制器对外需要连接高达数千根低速光纤，因此需要多台光纤信号转换设备，以实现对mmc实时仿真机数量有限的高速光纤的接口扩展。另外，由于光纤信号转换设备的n个低速光电转换板中的每个低速光电转换板具有m个信号发送通道和m个信号接收通道，因此，一个光纤信号转换设备可以实现与mmc控制器m*n个低速光纤的连接，图中示出了p个光纤信号转换设备，即可以实现与mmc控制器p*m*n个低速光纤的连接。
66.不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的系统实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。
67.值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。
68.在一个实施例中，本发明实施例的光纤信号转换系统可以用于mmc仿真的测试，mmc仿真测试的流程图参见图9，其中，待测设备为mmc控制器，陪侧设备为mmc实时仿真机、mmc实时仿真机的上位机、多个光纤信号转换设备、网络交换机以及光纤信号转换设备的上
位机，具体包括：
69.步骤901，准备待测设备。
70.步骤902，检测待测设备是否齐备。若待测设备未齐备，则返回步骤901，若待测设备齐备，则进入步骤903。
71.步骤903，准备陪侧设备。
72.步骤904，检测陪侧设备是否齐备。若陪侧设备未齐备，则返回步骤903，若陪侧设备齐备，则进入步骤905。
73.步骤905，连接mmc实施仿真机至多个光纤信号转换设备之间的高速光纤。
74.步骤906，检测高速光纤的连接是否正常，若高速光纤的连接不正常，则返回步骤905，若高速光纤正常，则进入步骤907。
75.步骤907，连接mmc控制器至多个光纤信号转换设备之间的低速光纤。
76.步骤908，检测低速光纤的连接是否正常，若低速光纤的连接不正常，则返回步骤907，若低速光纤正常，则进入步骤909。
77.步骤909，为待测设备和陪侧设备上电。
78.步骤910，启动mmc实时仿真机以及mmc控制器。
79.步骤911，观察mmc控制器对mmc仿真模型的控制效果并记录测试数据。
80.步骤912，判断是否再次启动测试。若确定再次启动测试，则进入步骤910，否则进入步骤913。
81.步骤913，为待测设备和陪侧设备下电。
82.上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
83.本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

技术特征：

1.一种光纤信号转换设备，其特征在于，包括：光电转换板、背板和核心板；所述光电转换板包括：一个高速光电转换板和n个低速光电转换板；所述高速光电转换板与mmc实时仿真机通信连接，用于接收mmc实时仿真机发送的高速光纤信号，并将所述高速光纤信号发送至所述背板，所述低速光电转换板与mmc控制器通信连接，用于接收所述mmc控制器发送的低速光纤信号，并将所述低速光纤信号发送给所述背板；其中，所述n为大于或等于1的整数；所述背板同时与所述核心板和所述光电转换板通信连接，用于接收所述低速光电转换板发送的低速光纤信号和所述高速光电转换板发送的高速光纤信号，并将所述低速光纤信号和所述高速光纤信号转发至所述核心板；所述核心板包括fpga芯片，所述fpga芯片用于将所述低速光纤信号转换为高速光纤信号，并将经转换得到的所述高速光纤信号通过所述背板发送至所述高速光电转换板，供所述高速光电转换板将所述经转换得到的高速光纤信号发送至所述mmc实时仿真机；所述fpga芯片还用于将所述高速光纤信号转换为低速光纤信号，并将经转换得到的低速光纤信号通过所述背板发送至所述低速光电转换板，供所述低速光电转换板将所述经转换得到的低速光纤信号发送至所述mmc控制器。2.根据权利要求1所述的光纤信号转换设备，其特征在于，每个所述低速光电转换板具有m个信号发送通道和m个信号接收通道，所述m为大于或等于1的整数；所述背板具体用于对各所述低速光电转换板通过所述m个信号发送通道发送的低速光纤信号进行差分转单端转换，并将经转换得到的所述低速光纤信号转发至所述核心板；所述背板还用于对所述fpga芯片发送的低速光纤信号进行单端转差分转换，并将经转换得到的低速光纤信号通过各所述低速光电转换板的所述m个信号接收通道转发至各所述低速光电转换板。3.根据权利要求2所述的光纤信号转换设备，其特征在于，所述核心板具体通过所述fpga芯片的m*n个所述管脚接收所述背板转发的低速光纤信号，以及通过m*n个所述管脚向所述背板发送经转换得到的低速光纤信号。4.根据权利要求1所述的光纤信号转换设备，其特征在于，所述低速光电转换板采用sfp封装格式，并通过lc接口与所述mmc控制器连接。5.根据权利要求1所述的光纤信号转换设备，其特征在于，所述高速光电转换板具有k个信号收发通道，所述k为大于或等于1的整数；所述背板具体用于将所述高速光电转换板通过所述k个信号收发通道发送的高速光纤信号转发至所述核心板，以及将所述fpga芯片发送的经转换得到的高速光纤信号通过所述k个信号收发通道转发至所述高速光电转换板；所述核心板具体通过所述fpga芯片的k个所述管脚接收所述背板转发的高速光纤信号，以及通过所述k个管脚向所述背板发送经转换得到的高速光纤信号。6.根据权利要求1所述的光纤信号转换设备，其特征在于，所述核心板还包括：dc-dc电源转换器和晶振；所述dc-dc电源转换器用于将所述光纤信号转换设备的预设电压转换为所述fpga芯片所需的电压；所述晶振用于为所述fpga芯片提供时钟源。7.根据权利要求6所述的光纤信号转换设备，其特征在于，所述fpga芯片还用于在通过
所述背板向所述高速光电转换板发送高速光纤信号，以及接收所述背板转发的来自所述高速光电转换板的高速光纤信号的同时，向所述高速光电转换板发送gmii信号和uart信号，供所述高速光电转换板将所述gmii信号和uart信号发送至所述光纤信号转换设备的上位机，以及接收所述高速光电转换板发送的来自所述光纤信号转换设备的上位机的gmii信号和uart信号；其中，所述gmii信号和所述uart信号用于所述光纤信号转换设备与所述光纤信号转换设备的上位机进行通信。8.根据权利要求1至7中任一项所述的光纤信号转换设备，其特征在于，所述核心板还包括高密度连接器，所述高密度连接器用于扩展所述fpga芯片的管脚。9.根据权利要求1至7中任一项所述的光纤信号转换设备，其特征在于，所述光电转换板通过cpci连接器与所述背板连接。10.一种光纤信号转换系统，其特征在于，包括：mmc实时仿真机、mmc控制器以及至少一个如权利要求1至9中任一项所述的光纤信号转换设备；其中，所述光纤信号转换设备同时与所述mmc实时仿真机和所述mmc控制器通信连接。

技术总结

本发明实施例涉及实时仿真技术领域，公开了一种光纤信号转换设备及系统。上述光纤信号转换设备包括：光电转换板、背板和核心板；光电转换板包括：一个高速光电转换板和N个低速光电转换板；高速光电转换板用于将MMC实时仿真机发送的高速光纤信号发送至背板，低速光电转换板用于将MMC控制器发送的低速光纤信号发送给背板；背板将低速光纤信号和高速光纤信号转发至核心板；核心板包括FPGA芯片，FPGA芯片用于将低速光纤信号转换为高速光纤信号，并将经转换得到的高速光纤信号通过背板发送至高速光电转换板；FPGA芯片还用于将高速光纤信号转换为低速光纤信号，并将经转换得到的低速光纤信号通过背板发送至低速光电转换板，可以用于实现MMC控制器的半物理仿真。实现MMC控制器的半物理仿真。实现MMC控制器的半物理仿真。