基于PM5360的通道化0C48 POS線卡設(shè)計
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在實際使用中，SDH信號有2種：一種是整體信號(concatenated mode，在其速率等級標(biāo)識中以“c”結(jié)尾)，這種信號直接采用高階虛容器進(jìn)行數(shù)據(jù)映射，如STM-16c信號類型的含義就是其內(nèi)部幀結(jié)構(gòu)是按照2．5 Gb／s的速率虛容器進(jìn)行字節(jié)間插，而不是由多個低階容器映射而得，因此無法將其明確的分為多個155 M或者622 M信號；另一種是通道化信號(channelized mode，在其速率等級結(jié)尾處沒有“c”)，這種信號是由低階虛容器逐級映射而得到，因此對STM-16信號，它可通過區(qū)分幀結(jié)構(gòu)內(nèi)部的字節(jié)陣列來得到多個155 M信號或者622 M信號。
對應(yīng)于上述2種SDH信號，在POS傳輸中有2類線卡，一類用于處理整體SDH信號，一類用于處理通道化POS信號，這里重點討論后者。通道化POS線卡在目前主要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)商的產(chǎn)品目錄里較少提及，但是其應(yīng)用領(lǐng)域卻越來越廣。隨著寬帶接入需求的不斷發(fā)展，許多企事業(yè)單位都需要租用獨享的鏈路，通道化的POS不僅能夠滿足這一要求，而且由于其對信號的匯聚能力強(qiáng)，因此還有節(jié)省布線資源及維護(hù)升級和線路備份成本低等優(yōu)點。因此，通道化線卡的應(yīng)用前景非常好，而且已經(jīng)在許多特種行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。
本文首先對通道化0C48(2．5 G)的設(shè)計需求進(jìn)行分析，據(jù)此提出了基于PM5360和FPGA的整體設(shè)計方案，鑒于鏈路層處理器件PM5360在設(shè)計中的獨到之處以及使用中的難點，論文重點分析了其使用要點和難點，并給出了能夠靈活支持多種模式的芯片配置方法和軟件設(shè)計。
1 設(shè)計需求分析
0C48通道化線卡的設(shè)計除需要滿足通道化POS信號的處理需求外，還需要根據(jù)其可能的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步確定，主要包括：1)能夠?qū)νǖ阑疧C48信號進(jìn)行最小粒度為0C3的處理，需要支持單一OC3、單一OCl2以及混合方式，通道化0C48模式下的每個0C12能夠進(jìn)一步通道化為更細(xì)粒度的4個0C3；2)兼容非通道化的0C3c、OCl2c、OC48c信號處理；3)支持上述工作模式的動態(tài)配置；4)支持IP包的線速處理。
2 整體方案
根據(jù)現(xiàn)代路由器等IP報文路由轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的結(jié)構(gòu)和功能需求，圖l給出了通道化0C48接口的整體設(shè)計方案。
由于需要滿足支持OC-3、OC-12和OC-48 3種不同速率的POS接口，因此選用Sumitomo Eleetric公司的SCP6802-GL和SCP6808-GL 2種型號的光器件，完成光電轉(zhuǎn)換功能。其中SCP6802-GL支持155 M／622M 2種POS接入速率，SCP6808-GL支持2．5 G POS接入速率，2種器件的封裝兼
容，且支持熱插拔，可以根據(jù)接口需求方便的轉(zhuǎn)換。
鏈路層處理是線卡要完成的關(guān)鍵功能，根據(jù)需求分析，這里選用PMC公司的PM5360為主處理器，該器件采用“成幀器與物理接口一體化”設(shè)計思路，將鏈路層處理和物理層處理功能集成在單一芯片內(nèi)部。
該器件支持l路OC48，或支持總速率不超過OC48的4路OC3與0C12的任意組合，并支持接口工作模式的動態(tài)改變；根據(jù)Internet工程任務(wù)組(IETF)PPP工作組的RFC 2615(1619)／1662，執(zhí)行基于SONET／SDH規(guī)范的點對點協(xié)議(PPP)：為POS或ATM應(yīng)用提供SATURN POS-PHY第3層32位系統(tǒng)接口(時鐘頻率高達(dá)104 MHz)，即標(biāo)準(zhǔn)的SPl3接口；支持每個傳輸串行流的獨立環(huán)路時鐘工作方式；支持從每條線路端接收流至相應(yīng)傳輸流的獨立線路環(huán)回，以及支持從線路端傳輸流至相應(yīng)線路端接收流接口的獨立診斷環(huán)回；提供通用16位微處理器總線接口，用于配置、控制和狀態(tài)監(jiān)控；低功耗1．8 V CMOS核心邏輯，具有3．3 V CMOS／TTL兼容性數(shù)字輸入和輸出功能，PECL輸入與輸出符合3．3 V標(biāo)準(zhǔn)。
報文處理模塊采用FPGA完成，根據(jù)對資源需求的估算，選擇Xilinx公司的Virtex-II XC2VP70實現(xiàn)。在FPGA內(nèi)部完成對于PPP幀的處理，此外，板級處理機(jī)還利用FPGA完成對各關(guān)鍵器件的初始化及相關(guān)配置。
PM5360通過一組SPI-3接口經(jīng)接口適配模塊進(jìn)入FPGA內(nèi)部。根據(jù)系統(tǒng)管理需求，線卡通過MPC860完成控制管理功能，基于VxWorks操作系統(tǒng)設(shè)計板級軟件，完成初始化、各模塊配置、運行狀態(tài)監(jiān)測、統(tǒng)計信息上報等功能。
3 PM5360應(yīng)用要點與難點
由于PM5360集成的功能豐富，其內(nèi)部電路復(fù)雜，可配置寄存器數(shù)量超過2 000個，因此其應(yīng)用難度較大。根據(jù)筆者的調(diào)試經(jīng)驗，下面對該器件在通道化應(yīng)用下的難點進(jìn)行解釋，主要包括間接寄存器讀寫方法及調(diào)度機(jī)的設(shè)計等。
在PM5350的寄存器里，除了能夠直接按照訪存方式讀寫的寄存器外，還有大量間接寄存器，此類寄存器對POS模式下的器件工作方式尤為重要，但其配置方式特殊，因此本文對其使用要點進(jìn)行總結(jié)，如圖2所示。
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