基于RJ017的遠(yuǎn)程網(wǎng)橋的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

引言

網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，它控制數(shù)據(jù)流向，處理傳送錯(cuò)誤，提供物理尋址和管理對(duì)物理介質(zhì)的訪問；分析輸入幀，根據(jù)幀中包含的信息做出轉(zhuǎn)發(fā)決定，將這些幀轉(zhuǎn)發(fā)到目的地；使局域網(wǎng)各網(wǎng)段成為隔離開的沖突域，從而減輕擴(kuò)展的局域網(wǎng)上的負(fù)荷；擴(kuò)大物理范圍，增加整個(gè)局域網(wǎng)上工作站的數(shù)目；互連不同物理層、不同MAC子層和不同速率的局域網(wǎng)；在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，一般只影響個(gè)別網(wǎng)段，從而提高了可靠性。
網(wǎng)橋有本地和遠(yuǎn)程網(wǎng)橋。本地網(wǎng)橋?yàn)樘幱谝坏氐木钟蚓W(wǎng)網(wǎng)段間提供直接連接；遠(yuǎn)程網(wǎng)橋則通過電信網(wǎng)連接不同區(qū)域的局域網(wǎng)。圖1顯示這兩種不同網(wǎng)橋的構(gòu)造。
遠(yuǎn)程網(wǎng)橋?qū)W(wǎng)絡(luò)互連提出了幾個(gè)難題。其中一個(gè)是局域網(wǎng)(LAN)與廣域網(wǎng)(WAN)之間數(shù)據(jù)速率的差別。雖然幾種高速WAN出現(xiàn)在地理上分散的網(wǎng)絡(luò)中，LAN速率仍然比WAN速率要高很多倍。LAN和WAN速率之間的巨大的差異阻止用戶在WAN上運(yùn)行對(duì)于延時(shí)敏感的LAN程序。本文所設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程網(wǎng)橋雖不能提高WAN速率，但它可以通過一個(gè)適當(dāng)?shù)木彌_器(DRAM)來彌補(bǔ)兩者之間的速率差異。如果一個(gè)能夠處理10Mbps發(fā)送速率的局域網(wǎng)設(shè)備想通過一個(gè)2Mbps廣域網(wǎng)與另一個(gè)遠(yuǎn)程局域網(wǎng)設(shè)備通信，本地網(wǎng)橋必須調(diào)整10M的數(shù)據(jù)流以致它不會(huì)淹沒2M的廣域網(wǎng)。這需要通過網(wǎng)橋設(shè)備上的緩沖器來存儲(chǔ)進(jìn)入的高速數(shù)據(jù)，然后在廣域網(wǎng)上以它能適應(yīng)的速率發(fā)送。這個(gè)緩沖器要能夠接收觸發(fā)數(shù)據(jù)而不使其溢出。

圖1 本地網(wǎng)橋和遠(yuǎn)程網(wǎng)橋結(jié)構(gòu)

RJ017芯片介紹
以色列的RAD公司生產(chǎn)的RJ017(ChipBridge)是一種用其單一芯片就能完成遠(yuǎn)程網(wǎng)橋功能、且與IEEE802.3協(xié)議相兼容的高性能特定用途集成電路芯片。
該芯片結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，由局域網(wǎng)控制部分、同步/異步廣域網(wǎng)控制部分、DRAM接口、內(nèi)部時(shí)鐘產(chǎn)生器及復(fù)位信號(hào)組成。在片上有UTP、AUI(連接單元接口)等多種LAN接口,從而可以工作在多種LAN方式，可輸出NRZ解碼信號(hào)，易于與其它以太網(wǎng)芯片相連；廣域網(wǎng)工作在同步方式時(shí)速率可達(dá)40Mbps，應(yīng)用片內(nèi)的波特率發(fā)生器，異步方式數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)115.2Kbps；局域網(wǎng)表可自動(dòng)學(xué)習(xí)和更新，并可存儲(chǔ)10，000個(gè)地址；DRAM緩存容量可存儲(chǔ)256幀，其中從WAN到LAN方向可緩存48幀，LAN到WAN方向可緩存208幀；采用100針的PQFP封裝。
廣域網(wǎng)子系統(tǒng)包含一個(gè)同步/異步HDLC控制器，使得在同步方式下可工作到40MBPs，在異步方式下可工作到115.2KBPs接口。在異步工作方式下，可以使用外部時(shí)鐘源或者是通過設(shè)置內(nèi)部波特率產(chǎn)生器產(chǎn)生9.6KBPs到115.2KBPs的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘頻率。
RJ017除需一個(gè)256K×16的DRAM、40M晶振外，可獨(dú)自工作而不需要依賴主機(jī)，而DRAM可以直接與RJ017相連。由上可知，RJ017是一個(gè)綜合LAN和WAN子系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)在單一芯片完成完整遠(yuǎn)程以太網(wǎng)網(wǎng)橋的高性能ASIC。

圖2 RJ017結(jié)構(gòu)框圖

圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖4 LAN接口電路設(shè)計(jì)

G703接口遠(yuǎn)程網(wǎng)橋設(shè)計(jì)
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理
系統(tǒng)從本地局域網(wǎng)處接收發(fā)送局域網(wǎng)數(shù)據(jù)，在E1接口處接收發(fā)送廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)。通過ChipBridge來完成不同格式、速率、協(xié)議數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化，其中使用DRAM來緩存不同速率的數(shù)據(jù)，然后轉(zhuǎn)發(fā)到另一方。40MHz晶振是RJ017正常工作所必須的頻率。RJ017的WAN側(cè)處理碼型為NRZ碼， E1數(shù)據(jù)為碼型， E1接口模塊則完成NRZ碼與碼的互換，局域網(wǎng)側(cè)的數(shù)據(jù)為曼徹斯特編碼。其框圖如圖3所示，虛框部分為本系統(tǒng)所需完成部分。
RJ017芯片設(shè)置
應(yīng)用中局域網(wǎng)工作方式的設(shè)置為：LMODE[0..4]　　10000；即將其設(shè)為UTP工作模式。廣域網(wǎng)工作方式設(shè)置為同步方式，即WMODE置為低電平。管腳FLTDIS置為低電平，即使網(wǎng)橋僅存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)那些目標(biāo)地址不是本局域網(wǎng)的幀。
UTP模式LAN接口設(shè)計(jì)
ChipBridge的局域網(wǎng)側(cè)的電路連接如圖4所示。本部分主要完成RJ45頭與ChipBridge處的電平轉(zhuǎn)換、形成ChipBridge所需的差分信號(hào)、預(yù)加重信號(hào)與參考電壓等。

圖5 WAN接口模塊框圖　

WAN接口電路設(shè)計(jì)
對(duì)于本系統(tǒng)而言，由于E1信號(hào)采用雙極性HDB3碼，RJ017無法直接對(duì)其進(jìn)行處理。因此，發(fā)送方必須先進(jìn)行碼型轉(zhuǎn)換，將雙極性HDB2碼轉(zhuǎn)換為單極性NRZ碼之后才能送到RJ017；同理，發(fā)送方RJ017的輸出為單極性NRZ碼，不適宜線路傳輸，所以必須將其編碼為適合傳輸?shù)碾p極性HDB3碼。
系統(tǒng)采用Intersil公司生產(chǎn)的CD22103 HDB3碼編譯碼器作為碼型轉(zhuǎn)換的核心芯片。CD22103內(nèi)部包含NRZ- HDB3編碼、解碼單元、誤碼檢測(cè)、告警電路、以及工作、自環(huán)選擇開關(guān)等，它滿足ITU_T G.703建議，且輸入輸出電平與TTL電平兼容。
碼型轉(zhuǎn)換模塊的原理圖如圖5所示。它包括輸入線路接口、輸出線路接口、解碼時(shí)鐘提取和編譯碼器四部分。其中，輸入線路接口完成阻抗匹配和雙極性向單極性的轉(zhuǎn)換。輸出線路接口完成阻抗匹配和單極性向雙極性的轉(zhuǎn)換。而解碼時(shí)鐘提取電路則通過鎖相環(huán)提取E1信號(hào)的位時(shí)鐘，并將其作為CD22103的解碼時(shí)鐘。位時(shí)鐘提取電路采用DPLL技術(shù)，以74HC/HCT297為核心芯片。片外VCO的中心頻率為32.768MHz。
對(duì)于碼型轉(zhuǎn)換模塊而言，作為發(fā)送方時(shí)，來自外部的E1信號(hào)(雙極性HDB3碼)通過輸入接口形成兩路單極性HDB3碼，CD22103對(duì)這兩路信號(hào)進(jìn)行或運(yùn)算，由CP3引腳輸出信號(hào)。其中，時(shí)鐘提取電路從CP3中恢復(fù)出位時(shí)鐘信息，作為CD22103的解碼鐘。CD22103在這個(gè)時(shí)鐘的作用下完成解碼，并由NRZo引腳輸出到RJ017進(jìn)行處理；作為接收方時(shí)，由RJ017產(chǎn)生編碼所需的數(shù)據(jù)和時(shí)鐘，編碼器對(duì)其進(jìn)行編碼，輸出兩路單極性HDB3碼并送到輸出接口，最后形成雙極性HDB3碼送到線路?！?/P>

結(jié)語
本文討論了一個(gè)基于RJ017的E1接口遠(yuǎn)程網(wǎng)橋的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，并對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)模塊和該網(wǎng)橋的工作原理作了簡要描述。本系統(tǒng)已通過測(cè)試，經(jīng)過在與一端局的數(shù)據(jù)連接傳輸?shù)臋z驗(yàn)中，該G.703接口的遠(yuǎn)程網(wǎng)橋具有較好網(wǎng)絡(luò)速率，可以實(shí)時(shí)的傳送音頻、視頻數(shù)據(jù)，具有很好的實(shí)際運(yùn)用價(jià)值。E1數(shù)字信號(hào)(2.048Mbps)廣泛應(yīng)用于長距離干線的數(shù)據(jù)或語音傳輸業(yè)務(wù)，而具有G.703接口的遠(yuǎn)程網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)計(jì)算機(jī)的互聯(lián)網(wǎng)接入提供了一種實(shí)用的解決方案。

參考文獻(xiàn)
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