基于SDH的STM-4光接口盤的軟硬件設計

朱建芹，韓進

（山東科技大學 信息科學與技術學院，青島 266510）

引 言

目前在城域網的核心層和匯聚層，主要采用同步數字系列（SDH）和多業務接入系統（MSAP）組成的環形網結構。STM－4光接口盤作為多業務接入系統的重要網絡單元之一，是一種新型程控數字交換技術，是兼有復用、配線、保護／恢復、監控和網管的多功能傳輸設備，它對整個光纖系統的傳輸能力有著直接的影響，已經成為評價多業務接入系統整體傳輸能力的一個重要部分[1]。

1 STM -4光接口盤的硬件設計

STM－4光接口盤實現時鐘與數據恢復、開銷處理、指針調整以及時隙交叉等功能。其硬件原理框圖如圖1所示。

STM－4光接口盤主要包括6個模塊：電源模塊、光接口RC7894模塊、交叉連接RC7830模塊、ARM處理器模塊、網元管理模塊、FPGA模塊。

1.1 電源模塊

此單元由背板提供DC－48V輸入，經過電源模塊的緩啟動電路后與電源模塊連接，輸出＋5V、GND給板卡供電。保證各電源充分去耦，紋波不超過額定電壓的5%。在模塊電源輸入處增加二極管防止反接，保護模塊電源。為了保證板卡支持熱插拔功能，背板與光接口盤的電源使用寬體電源連接器。－48V電源接口將使用緩啟動電路。緩啟動電路如圖2所示。

1.2 光接口RC7894模塊

RC7894提供設備定時功能、線路數據時鐘恢復、串并轉換、段開銷處理、高階開銷處理、公務電路、開銷接口等功能。RC7894可實現8組38.88MHz電信總線至2路STM－4光接口的復用，內置設備時鐘功能，處理段開銷和高階開銷，并提供2路E1映射器業務接口。光接口單元內置時鐘數據恢復、串／并和并／串轉換模塊，并提供自動激光關斷和掉電告警產生和檢測等功能。線路接口部分處理再生段、復用段和高階開銷，具有指針處理、指針對齊等模塊[2]；內置同步設備時鐘、公務電話信令處理、開銷接口單元、開銷交叉連接單元，以及兩路E1解幀器，用于實現內嵌網管。

1.3 交叉連接RC7830模塊

圖1 硬件原理框圖

圖2 緩啟動電路圖

RC7830是為實現SDH中交叉連接功能而設計的超大規模集成電路。它具有16組STM－1輸入數據總線（Sdia）和16組STM－1輸出數據總線（Sdo），單片可完成16個STM－1中所有的TU－12、TU－3或AU－4的無阻塞全交叉。RC7830的每組輸出STM－1數據總線都可以被設置成 AU－4、TU－12、TU－3或TU－12和 TU－3的混合類型，進入任何一組Sdia總線的TU－12、TU－3或AU－4都可以從任何一組Sdo總線的任何一個同種類型的通道輸出。每個通道都可以編程控制插入人工碼或設置為通道三態。通過微處理器并行接口或串行控制總線接口可以完成對RC7830的配置和監控[3]。

1.4 ARM處理器模塊

ARM處理器模塊用于板卡芯片的管理和網管接口處理，通過84針連接器提供交換芯片以太網、串口等接口。ARM采用三星公司的S3C2410A，外接一片32MB的Flash，用于存儲程序和系統配置信息，一片8MB的SDRAM存儲器用于運行程序。提供RS485管理接口負責傳輸本盤信息到網管盤，實現盤間通信。ARM處理器通過串口對兩片RC7222芯片進行管理，通過以太網芯片接口管理IP178C芯片。ARM處理器模塊原理框圖如圖3所示。

1.5 網元管理模塊

圖3 ARM處理器模塊原理框圖

利用2片RC7222分別把兩個光口的內嵌數據（DCC或E1）轉換為以太網數據，通過IP178芯片交換后發送到網管盤的交換芯片。當檢測到無網管盤時，根據原有的網管路徑配置IP178，使對應的網管通道直接連接到另一個上聯盤的對應光口，同時令IP178把匯聚后的網管數據發送到另一個上聯盤。網元管理模塊的原理框圖如圖4所示。圖4中兩個交換芯片互連，如果網管盤拔掉的話，可以連接兩個交換芯片，保證在沒有網管盤的情況下不影響其他網元的通信。

1.6 FPGA模塊

在背板接口中有一塊FPGA，這里選用的芯片是EP2C5F256C8，該FPGA完成以下功能：

圖4 網元管理模塊的原理框圖

①串行網管總線選通。判斷本槽是否可以使用SPI網管總線，只有當網管通過選擇地址線發送的地址和本槽槽位相同的時候才能使用。

② 復位信號輸出。輸出RC7830芯片的復位信號。

③實現地址輸入／輸出、倒換控制。倒換控制是FPGA的核心工作，負責時鐘倒換工作。

④T2時鐘HDB3編碼。

⑤ 實現數據交叉選擇。上聯STM－4光接口盤在7槽位、9槽位各一塊，共3把STM－4、12組電信總線，交叉的目的是在12組電信總線中，選擇其中4組接到RC7830芯片進行交叉。

2 STM -4光接口盤的軟件設計

軟件設計是由網管通信模塊、系統調用模塊和設備功能主函數組成。網管通信模塊主要完成了PC網管軟件和設備之間配置信息、告警性能信息以及網元屬性等信息的交換；系統調用模塊實現了驅動程序的調用，利用操作系統已有的文件管理系統和內存管理系統實現設備上各種資源的管理；設備功能主函數實現了系統初始化、系統控制、報文通信傳輸等功能。其軟件總體設計框圖如圖5所示。

圖5 軟件總體設計框圖

應用程序的初始化模塊的主要功能是對設備進行初始化，以及對驅動程序所需要的內存和全局變量進行分配和初始化[4]。實現了對設備ADM應用中的典型初始化配置，初始化內容包括光口配置、交叉連接配置、時鐘配置、自動保護倒換配置、性能監控配置等內容。

系統控制模塊包含了系統各種功能的初始化和配置[5]，具體有系統配置及調度、時鐘處理（參考源和優先級等）、開銷處理（通道開銷和段開銷）、電信總線擴展處理、組網配置，以及各種支路（以太網、E1、V35）與光口的交叉配置。

3 STM -4光接口盤的應用

STM－4光接口盤是數據交叉盤，提供兩個STM－4等級光接口，可做ADM或TM應用，同時負責設備定時等。該盤為模塊化的插卡式結構設計，在MSAP系統中最多可以插兩塊光接口盤，分別為7槽位和9槽位，兩盤互為備份，可以實現1＋1板卡保護。STM－4光接口盤支持同步定時功能，可選擇兩個光接口作為參考定時輸入，或從E1業務板卡的第一個E1業務流中提取定時，同時提供兩個外同步定時輸入接口T31、T32和兩個外同步定時輸出接口T41、T42。STM－4光接口盤最多可實現252個E1的接入能力，各項技術性能完全符合ITU－T和ETSI標準。

結 語

本文設計的STM－4光接口盤已經應用于多業務接入系統（MSAP）中，時鐘與數據恢復、開銷處理、指針調整以及時隙交叉等功能均已測試通過。在使用過程中，配置、管理和監督能方便地通過圖形用戶接口（GUI）實現。光接口盤作為一個軟硬件相結合的嵌入式系統，其設計和實現方法對SDH設備其他單板乃至其他嵌入式系統的設計與開發都有一定的借鑒意義。

[1] 王延堯.用戶接入網技術與工程[M].北京：人民郵電出版社，2007.

[2] 肖萍萍，吳鍵學.SDH原理與應用[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[3] 北京潤光泰力有限公司.RC7830芯片數據手冊[EB／OL].[2011－09].http：／／www.raycom.com.cn／cn／download.asp？id＝615.

[4] 蘭勇鋼.SDH同步數字復用設備光接口板的設計與實現[D].成都：電子科技大學，2004：28－35.

[5] 蘇明旭，蔡小舒.基于SDH的MSTP的設計與實現[J].廣西通信技術，2012（2）：27－29.