基于SDH的STM-4光接口盤(pán)的軟硬件設(shè)計(jì)

朱建芹，韓進(jìn)

（山東科技大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，青島 266510）

引 言

目前在城域網(wǎng)的核心層和匯聚層，主要采用同步數(shù)字系列（SDH）和多業(yè)務(wù)接入系統(tǒng)（MSAP）組成的環(huán)形網(wǎng)結(jié)構(gòu)。STM－4光接口盤(pán)作為多業(yè)務(wù)接入系統(tǒng)的重要網(wǎng)絡(luò)單元之一，是一種新型程控?cái)?shù)字交換技術(shù)，是兼有復(fù)用、配線、保護(hù)／恢復(fù)、監(jiān)控和網(wǎng)管的多功能傳輸設(shè)備，它對(duì)整個(gè)光纖系統(tǒng)的傳輸能力有著直接的影響，已經(jīng)成為評(píng)價(jià)多業(yè)務(wù)接入系統(tǒng)整體傳輸能力的一個(gè)重要部分[1]。

1 STM -4光接口盤(pán)的硬件設(shè)計(jì)

STM－4光接口盤(pán)實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘與數(shù)據(jù)恢復(fù)、開(kāi)銷處理、指針調(diào)整以及時(shí)隙交叉等功能。其硬件原理框圖如圖1所示。

STM－4光接口盤(pán)主要包括6個(gè)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(wǎng)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(jīng)過(guò)電源模塊的緩啟動(dòng)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(guò)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(hù)模塊電源。為了保證板卡支持熱插拔功能，背板與光接口盤(pán)的電源使用寬體電源連接器。－48V電源接口將使用緩啟動(dòng)電路。緩啟動(dòng)電路如圖2所示。

1.2 光接口RC7894模塊

RC7894提供設(shè)備定時(shí)功能、線路數(shù)據(jù)時(shí)鐘恢復(fù)、串并轉(zhuǎn)換、段開(kāi)銷處理、高階開(kāi)銷處理、公務(wù)電路、開(kāi)銷接口等功能。RC7894可實(shí)現(xiàn)8組38.88MHz電信總線至2路STM－4光接口的復(fù)用，內(nèi)置設(shè)備時(shí)鐘功能，處理段開(kāi)銷和高階開(kāi)銷，并提供2路E1映射器業(yè)務(wù)接口。光接口單元內(nèi)置時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)、串／并和并／串轉(zhuǎn)換模塊，并提供自動(dòng)激光關(guān)斷和掉電告警產(chǎn)生和檢測(cè)等功能。線路接口部分處理再生段、復(fù)用段和高階開(kāi)銷，具有指針處理、指針對(duì)齊等模塊[2]；內(nèi)置同步設(shè)備時(shí)鐘、公務(wù)電話信令處理、開(kāi)銷接口單元、開(kāi)銷交叉連接單元，以及兩路E1解幀器，用于實(shí)現(xiàn)內(nèi)嵌網(wǎng)管。

1.3 交叉連接RC7830模塊

圖1 硬件原理框圖

圖2 緩啟動(dòng)電路圖

RC7830是為實(shí)現(xiàn)SDH中交叉連接功能而設(shè)計(jì)的超大規(guī)模集成電路。它具有16組STM－1輸入數(shù)據(jù)總線（Sdia）和16組STM－1輸出數(shù)據(jù)總線（Sdo），單片可完成16個(gè)STM－1中所有的TU－12、TU－3或AU－4的無(wú)阻塞全交叉。RC7830的每組輸出STM－1數(shù)據(jù)總線都可以被設(shè)置成 AU－4、TU－12、TU－3或TU－12和 TU－3的混合類型，進(jìn)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(gè)同種類型的通道輸出。每個(gè)通道都可以編程控制插入人工碼或設(shè)置為通道三態(tài)。通過(guò)微處理器并行接口或串行控制總線接口可以完成對(duì)RC7830的配置和監(jiān)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(wǎng)管接口處理，通過(guò)84針連接器提供交換芯片以太網(wǎng)、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(chǔ)程序和系統(tǒng)配置信息，一片8MB的SDRAM存儲(chǔ)器用于運(yùn)行程序。提供RS485管理接口負(fù)責(zé)傳輸本盤(pán)信息到網(wǎng)管盤(pán)，實(shí)現(xiàn)盤(pán)間通信。ARM處理器通過(guò)串口對(duì)兩片RC7222芯片進(jìn)行管理，通過(guò)以太網(wǎng)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(wǎng)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(gè)光口的內(nèi)嵌數(shù)據(jù)（DCC或E1）轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)，通過(guò)IP178芯片交換后發(fā)送到網(wǎng)管盤(pán)的交換芯片。當(dāng)檢測(cè)到無(wú)網(wǎng)管盤(pán)時(shí)，根據(jù)原有的網(wǎng)管路徑配置IP178，使對(duì)應(yīng)的網(wǎng)管通道直接連接到另一個(gè)上聯(lián)盤(pán)的對(duì)應(yīng)光口，同時(shí)令I(lǐng)P178把匯聚后的網(wǎng)管數(shù)據(jù)發(fā)送到另一個(gè)上聯(lián)盤(pán)。網(wǎng)元管理模塊的原理框圖如圖4所示。圖4中兩個(gè)交換芯片互連，如果網(wǎng)管盤(pán)拔掉的話，可以連接兩個(gè)交換芯片，保證在沒(méi)有網(wǎng)管盤(pán)的情況下不影響其他網(wǎng)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(wǎng)元管理模塊的原理框圖

①串行網(wǎng)管總線選通。判斷本槽是否可以使用SPI網(wǎng)管總線，只有當(dāng)網(wǎng)管通過(guò)選擇地址線發(fā)送的地址和本槽槽位相同的時(shí)候才能使用。

② 復(fù)位信號(hào)輸出。輸出RC7830芯片的復(fù)位信號(hào)。

③實(shí)現(xiàn)地址輸入／輸出、倒換控制。倒換控制是FPGA的核心工作，負(fù)責(zé)時(shí)鐘倒換工作。

④T2時(shí)鐘HDB3編碼。

⑤ 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交叉選擇。上聯(lián)STM－4光接口盤(pán)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(jìn)行交叉。

2 STM -4光接口盤(pán)的軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)是由網(wǎng)管通信模塊、系統(tǒng)調(diào)用模塊和設(shè)備功能主函數(shù)組成。網(wǎng)管通信模塊主要完成了PC網(wǎng)管軟件和設(shè)備之間配置信息、告警性能信息以及網(wǎng)元屬性等信息的交換；系統(tǒng)調(diào)用模塊實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)程序的調(diào)用，利用操作系統(tǒng)已有的文件管理系統(tǒng)和內(nèi)存管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備上各種資源的管理；設(shè)備功能主函數(shù)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)初始化、系統(tǒng)控制、報(bào)文通信傳輸?shù)裙δ堋Ｆ滠浖傮w設(shè)計(jì)框圖如圖5所示。

圖5 軟件總體設(shè)計(jì)框圖

應(yīng)用程序的初始化模塊的主要功能是對(duì)設(shè)備進(jìn)行初始化，以及對(duì)驅(qū)動(dòng)程序所需要的內(nèi)存和全局變量進(jìn)行分配和初始化[4]。實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備ADM應(yīng)用中的典型初始化配置，初始化內(nèi)容包括光口配置、交叉連接配置、時(shí)鐘配置、自動(dòng)保護(hù)倒換配置、性能監(jiān)控配置等內(nèi)容。

系統(tǒng)控制模塊包含了系統(tǒng)各種功能的初始化和配置[5]，具體有系統(tǒng)配置及調(diào)度、時(shí)鐘處理（參考源和優(yōu)先級(jí)等）、開(kāi)銷處理（通道開(kāi)銷和段開(kāi)銷）、電信總線擴(kuò)展處理、組網(wǎng)配置，以及各種支路（以太網(wǎng)、E1、V35）與光口的交叉配置。

3 STM -4光接口盤(pán)的應(yīng)用

STM－4光接口盤(pán)是數(shù)據(jù)交叉盤(pán)，提供兩個(gè)STM－4等級(jí)光接口，可做ADM或TM應(yīng)用，同時(shí)負(fù)責(zé)設(shè)備定時(shí)等。該盤(pán)為模塊化的插卡式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在MSAP系統(tǒng)中最多可以插兩塊光接口盤(pán)，分別為7槽位和9槽位，兩盤(pán)互為備份，可以實(shí)現(xiàn)1＋1板卡保護(hù)。STM－4光接口盤(pán)支持同步定時(shí)功能，可選擇兩個(gè)光接口作為參考定時(shí)輸入，或從E1業(yè)務(wù)板卡的第一個(gè)E1業(yè)務(wù)流中提取定時(shí)，同時(shí)提供兩個(gè)外同步定時(shí)輸入接口T31、T32和兩個(gè)外同步定時(shí)輸出接口T41、T42。STM－4光接口盤(pán)最多可實(shí)現(xiàn)252個(gè)E1的接入能力，各項(xiàng)技術(shù)性能完全符合ITU－T和ETSI標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的STM－4光接口盤(pán)已經(jīng)應(yīng)用于多業(yè)務(wù)接入系統(tǒng)（MSAP）中，時(shí)鐘與數(shù)據(jù)恢復(fù)、開(kāi)銷處理、指針調(diào)整以及時(shí)隙交叉等功能均已測(cè)試通過(guò)。在使用過(guò)程中，配置、管理和監(jiān)督能方便地通過(guò)圖形用戶接口（GUI）實(shí)現(xiàn)。光接口盤(pán)作為一個(gè)軟硬件相結(jié)合的嵌入式系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法對(duì)SDH設(shè)備其他單板乃至其他嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)都有一定的借鑒意義。

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

[2] 肖萍萍，吳鍵學(xué).SDH原理與應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[3] 北京潤(rùn)光泰力有限公司.RC7830芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)[EB／OL].[2011－09].http：／／www.raycom.com.cn／cn／download.asp？id＝615.

[4] 蘭勇鋼.SDH同步數(shù)字復(fù)用設(shè)備光接口板的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].成都：電子科技大學(xué)，2004：28－35.

[5] 蘇明旭，蔡小舒.基于SDH的MSTP的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].廣西通信技術(shù)，2012（2）：27－29.