基于MPC860的多規(guī)程用戶業(yè)務接入設備研制

多規(guī)程用戶業(yè)務接入設備（multi－protocol user traffic access device，mputad）的用途是為各類低速用戶業(yè)務接入寬帶網提供接入手段。由于低速用戶業(yè)務的多樣性，包括話音業(yè)務、實時數(shù)據(jù)、非實時數(shù)據(jù)以及局域網業(yè)務等，因此，要求該設備具有多種通信接口，適配多種通信協(xié)議，可接入多種網絡，并支持多種網絡間的互聯(lián)，可實現(xiàn)話音、數(shù)據(jù)、局域網互聯(lián)等多種方式的業(yè)務接入。

在設計過程中，我們使用了motorola公司特別為電信和網絡市場設計的高性能的集成通信微處理器mpc860。該芯片采用雙處理器內核結構，一個是為高層應用服務提供高性能的通用32位處理器powerpc內核，另一個是專為底層通信應用服務提供專用risc處理器內核cpm，兩者可通過片內的雙端口內存通信，可快速完成對通信協(xié)議的處理。cpm可同時支持3個快速的串行通信控制器（fcc）、2個多通道控制器（mcc）、4個串行通信控制器（scc），2個串行管理控制器（smc），1個串行外圍接口（spi）和1個i2c接口，大大減輕了powerpc核的外圍工作任務，為用戶在網絡和通信產品的開發(fā)方面提供了巨大的潛力并縮短開發(fā)周期。

2 方案設計

如圖1所示，根據(jù)多規(guī)程用戶業(yè)務接入設備的功能確定采用主板配多種業(yè)務接入卡的模塊設計思路。

多規(guī)程用戶業(yè)務的接入設備由主板、背板、擴展插卡、控制面板、電源和機箱等幾部分組成，主板是系統(tǒng)核心，主要完成各種通用和專用通信協(xié)議的轉換及處理，路由選擇功能，設備有8個數(shù)據(jù)端口，通過端口串接實現(xiàn)設備級連，并為擴展插卡提供插槽；擴展插卡主要設計有局域網接口卡（prolan）、模擬話音/傳真卡（atf）、群路（e1）卡和數(shù)字話音卡（dv），可完成各類通用和專用用戶業(yè)務的接入，各板卡的方案設計如下：

2.1 主板

主板是多規(guī)程用戶業(yè)務接入設備的核心部件，其實現(xiàn)原理如圖2所示，主要完成協(xié)議轉換及協(xié)議處理、路由選擇，在背板上提供8個數(shù)據(jù)端口，并為專用功能插卡提供擴展插槽。

針對主板設計中確定功能特點，確定采用基于mpc860主處理器和mc68360協(xié)議處理器相結合的嵌入式開發(fā)技術方案，其中mpc860工作于主機方式，完成數(shù)據(jù)處理、協(xié)議轉換、路由選擇等功能，mc68360工作于從機方式，協(xié)助mpc860完成多路數(shù)據(jù)處理，該方案的優(yōu)點在于：

（1）mpc860，mc68360的4個scc通道支持多種數(shù)據(jù)和話音通信協(xié)議，由于幀中繼協(xié)議在數(shù)據(jù)鏈路層上遵從lapf標準，而lapf是hdlc的子集，因此該協(xié)議可以主要由其中的cpm通信處理機來完成，大大提高了協(xié)議的處理速度；

（2）可以充分發(fā)揮cpm通信處理機的優(yōu)勢，獲得很好的系統(tǒng)擴展性，為主機配合各種擴展插卡提供了方便，且可配置、可裁剪、便于設備維護、管理和與其他網絡的互聯(lián)互通；

（3）基于嵌入式linux的并行開發(fā)，可大大提高開發(fā)效率，且將設備自舉進程和具有進程管理、內存管理、設備模塊管理和定時器服務功能的linux微內核嵌入該設備、充分發(fā)揮linux平臺資源優(yōu)勢，使系統(tǒng)具有良好的可移植性。

主機外圍電路設計中采用了xilinx公司集成度高、靈活性強的cpld和fpga器件，設計時根據(jù)不同需要，利用增強引腳鎖定功能定義引腳的輸入、輸出關系，減輕硬件調試過程中的電路協(xié)調工作量，同時增加了系統(tǒng)的保密性和干擾性。

2.2 局域網接口卡（prolan）

局域網接口卡主要采用dp8392c同軸電纜網絡接口芯片和dp83936網絡接口芯片完成ip業(yè)務接入處理，其控制邏輯采用cpld器件實現(xiàn)，該卡主要功能有兩個：一是支持基于snmp的網絡管理，二是用于用戶ip業(yè)務的接入。

2.3 模擬話音/傳真卡（atf）

atf卡的核心采用了美國ti公司數(shù)字信號處理器（dsp）實現(xiàn)多種模式的話音編碼，該卡主要功能是完成模擬話音/傳真業(yè)務的接入，為支持目前通信領域通用的話音編碼類型，設計研制過程中綜合考慮了多種話音編碼種類，最終實現(xiàn)了對acelp8k，acelp4.8k，acelp－cn，pcm64k，adpcm32k等多種話音編碼方式的支持。

2.4 數(shù)字話音卡（dv）

dv卡話音編碼功能與atf卡類似，其核心也采用了美國ti公司數(shù)字信號處理器（dsp），與taf卡不同之處在于他沒有pcm采樣處理，直接處理e1卡送來的pcm數(shù)據(jù)流，且每塊dv卡使用7片數(shù)字信號處理器，構成主從應用系統(tǒng)，共同處理6路話音信息，其中1片為主處理器，負責與e1卡和主板之間的數(shù)據(jù)通信與交換，其余6片工作于從機方式，每片負責一路話音編碼處理，其存儲器共享雙口ram，滿足話音信息實時處理的要求，該卡主要功能是與e1卡相配合實現(xiàn)多規(guī)程用戶業(yè)務接入設備與程控交換機的互聯(lián)。在多規(guī)程用戶業(yè)務接入設備中該卡與e1卡配套工作，1－5塊dv卡與1塊e1卡配合，可實現(xiàn)6－30路話音（e1）接入。

2.5 基群卡（e1）

e1卡是采用mc68302微處理器構成的單片機系統(tǒng)，其外圍控制電路采用了lattice公司的cpld器件，達到簡化電路設計，減輕調試工作量、增加保密性和抗干擾性的目的，該卡主要功能是與dv卡相互配合實現(xiàn)多規(guī)程用戶業(yè)務接入設備與程控交換機的互聯(lián)，e1卡在互聯(lián)中負責時鐘同步、時隙分配、隨路信令的產生與處理。

3 采用的關鍵技術

3.1 嵌入式開發(fā)技術

在設備總體技術方案設計和實際開發(fā)過程中，我們確定并采用了嵌入式開發(fā)技術、設計雙處理器主從應用系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、協(xié)議轉換、路由選擇等功能，并將自舉和具有進程、內存、模塊管理及定時器服務功能的linux微內核嵌入設備，以達到充分利用mpc860和mc68360處理器的專用通信處理功能的目的，使整機設備具備良好的可擴展性和可移植性。采用該方式保證了設備開發(fā)周期短，很多底層協(xié)議的實現(xiàn)（如tcp/ip，hdlc，sdlc等）依托mpc860，mc68360中的功能模塊實現(xiàn)。

3.2 話音信息的壓縮編碼技術

采用數(shù)字信號處理器實現(xiàn)話音信息的壓縮編碼，在保證話音質量的同時有效節(jié)省了話音業(yè)務占用的干線帶寬資源，提高了帶寬網絡的利用率，為支持目前通信領域通用的話音編碼類型，設計研制過程中綜合考慮了多種話音編碼種類，最終實現(xiàn)了對acelp8k，acelp4.8可，acelp－cn，pcm64k，adpcm32k等多種話音編碼方式的支持。

3.3 存儲器共享技術

采用了存儲器共享技術，解決了多規(guī)程用戶業(yè)務接入設備內部板卡之間、模塊之間、器件之間大量數(shù)據(jù)傳輸及其實時性要求。

4 軟件開發(fā)

多規(guī)程用戶業(yè)務接入設備功能復雜，涉及通信協(xié)議較多，因此需要大量的軟件編程工作，其軟件結構圖如圖3所示，主要包括兩類軟件，一是各種設備驅動軟件，二是核心應用軟件。

5 結語

本文設計的多規(guī)程用戶業(yè)務接入設備功能強大，支持話音業(yè)務、低速數(shù)據(jù)業(yè)務、ip業(yè)務的復用，數(shù)據(jù)業(yè)務兼容同步/異步，速率、接口可通過軟件配置滿足用戶的不同需要，干線協(xié)議支持幀中繼和tcp/ip，可方便接入目前已有的各類骨干網，同時支持snmp，方便管理者對設備進行遠程參數(shù)配置、管理和故障診斷，具有良好的應用前景。