基于CN8980芯片組的HDSL2設(shè)備設(shè)計(jì)

CN8980芯片組的結(jié)構(gòu)與特性
CN8980芯片組由兩部分組成：模擬部分和數(shù)字部分。
模擬部分
AFE和線路驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)線路信號(hào)的傳送與接收功能，線路信號(hào)包含兩種模式：HDSL2 OPTIS和HDSL1 2B1Q。其功能模塊包含D/A和A/D變換，數(shù)據(jù)變換的反混疊(anti-aliasing)，信號(hào)濾波，增益控制和線路驅(qū)動(dòng)。AFE由DSP收發(fā)器進(jìn)行控制。
數(shù)字部分
?可旁路的成幀器/映射器
成幀器/映射器是一個(gè)高性能的比特流處理引擎，可以處理任何HDSL幀結(jié)構(gòu)，支持ANSI HDSL2 和ETSI HDSL1標(biāo)準(zhǔn)幀結(jié)構(gòu)。它進(jìn)行EOC(嵌入操作信道)，和有效載荷比特的插入和提取，數(shù)據(jù)的加擾處理，比特填充，以及同步檢測(cè)。CN8980成幀器支持原始速率的T1/E1成幀和非幀模式，同步和異步有效載荷映射，以及每個(gè)時(shí)隙隨機(jī)或固定數(shù)據(jù)插入。此外，它還能夠進(jìn)行外部時(shí)隙增減控制，比特誤碼率測(cè)量，以及支持1、2、4、8比特時(shí)隙的可編程有效載荷映射。
?采用格柵編碼的速率自適應(yīng)比特泵DSP
速率自適應(yīng)DSP負(fù)責(zé)回波抵消，線路均衡和數(shù)據(jù)編碼。能夠進(jìn)行2、4、8、16電平PAM編碼，包含集成軟件控制的時(shí)鐘用于恢復(fù)和合成功能。DSP模塊中的發(fā)送器將從DSL成幀器處收到的數(shù)據(jù)映射成PAM編碼的符號(hào)，再經(jīng)格柵編碼和發(fā)送濾波處理后，發(fā)送到AFE。DSP模塊中的接收器接收來(lái)自AFE的串行數(shù)據(jù)和比特泵發(fā)送的經(jīng)過(guò)預(yù)編碼的符號(hào)，并將這些經(jīng)過(guò)預(yù)編碼的符號(hào)送到回波抵消器(EC)。回波抵消器對(duì)回波響應(yīng)進(jìn)行評(píng)估，并將AFE發(fā)來(lái)的信號(hào)減去回波響應(yīng)。回波處理后的信號(hào)還要通過(guò)前向均衡(FFE)和判定反饋均衡(DFE)，最后再由格柵編碼調(diào)制(TCM)譯碼器恢復(fù)出信息比特。

圖1CN8980芯片組功能框圖

圖2系統(tǒng)基本框圖

圖3 PCM接口部分連接示意圖

圖4模擬前端芯片連接示意圖

?高性能微內(nèi)核處理器
片內(nèi)8051兼容微內(nèi)核處理器提供DSP控制和調(diào)度，另外也可以作為通用控制器對(duì)外部器件進(jìn)行控制，比如控制編解碼器或T1/E1成幀器以及與網(wǎng)絡(luò)管理軟件進(jìn)行通信等。
CN8980芯片組功能框圖如圖1所示。
在設(shè)備結(jié)構(gòu)上，CN 8980支持多信道線路卡。具有以下特性：?jiǎn)蝹€(gè)啟動(dòng)ROM裝載；每個(gè)信道全自動(dòng)啟動(dòng)排序；每個(gè)高速PCM接口允許最大八個(gè)設(shè)備共享一條通用PCM總線；集成的成幀器支持每個(gè)信道的任意時(shí)隙分配；信號(hào)信道支持點(diǎn)到多點(diǎn)訓(xùn)練。

HDSL2系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)
方案采用單線對(duì)HDSL2配置，實(shí)現(xiàn)T1/E1數(shù)據(jù)傳輸，線路編碼為OPTIS技術(shù)，采用片內(nèi)8051進(jìn)行系統(tǒng)控制。設(shè)計(jì)中充分考慮了未來(lái)的升級(jí)與設(shè)備擴(kuò)展，設(shè)計(jì)了多線對(duì)數(shù)據(jù)與控制接口及配置開關(guān)，通過(guò)配置開關(guān)、軟件的改動(dòng)和外加控制即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的擴(kuò)展與升級(jí)。在保證對(duì)現(xiàn)有HDSL設(shè)備兼容的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)的HDSL2技術(shù)。系統(tǒng)基本框圖如圖2所示。
CN8980芯片組采用三芯片方案，即收發(fā)器(Zipwire2 Tranciever)、成幀器(Zipwire2 Framer)和模擬部分(Zipwire2 AFE)分別為一枚芯片。
系統(tǒng)有以下兩種工作模式：
?單板工作模式，支持1T1、1E1、和單線對(duì)可變速率，數(shù)據(jù)速率范圍可以為從144kbps到4624kbps之間，以16kbps為一級(jí)的任意速率，即成幀器支持的速率為N*64kbps+16kbps。
?多板工作模式，2塊到8塊系統(tǒng)電路板通過(guò)多板接口進(jìn)行連接，支持2T1、2E1和3E1 HDSL1配置，可以用于多端口設(shè)備和DSLAM設(shè)備。

系統(tǒng)各部分的設(shè)計(jì)

圖5 RS-232接口連接示意圖

圖6 HOST控制連接示意圖

圖7 主程序流程框圖、

PCM總線接口
PCM接口為DSL成幀器與其它標(biāo)準(zhǔn)T1、E1或N×64kbit設(shè)備的連接提供接口,采用Rockwell半導(dǎo)體系統(tǒng)公司的Bt8370芯片，支持T1/E1格式的數(shù)據(jù)收發(fā)。Bt8370與HDSL2成幀器之間的連接示意圖如圖3所示。
圖中CLADO、RSBCKI和RCKO是T1/E1接收時(shí)鐘，RPCMO是T1/E1接收數(shù)據(jù)，RMSYNC是T1/E1接收復(fù)幀同步，TSBCKI和TCKI是T1/E1發(fā)送時(shí)鐘，TPCMI是T1/E1發(fā)送數(shù)據(jù)，TMSYNC是T1/E1發(fā)送復(fù)幀同步。
模擬前端(AFE)部分
AFE對(duì)外提供數(shù)字接口和模擬接口。數(shù)字接口即DSP接口，與HDSL2收發(fā)器的DSP相連，用于數(shù)據(jù)傳輸。模擬接口由線路驅(qū)動(dòng)反饋電阻、阻抗匹配電阻、外部混合電路和變壓器組成，與雙絞線相連。
模擬前端部分是HDSL2收發(fā)器與銅雙絞線之間的接口，完成HDSL2數(shù)字信號(hào)與線路模擬信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，發(fā)送時(shí)提供足夠的線路發(fā)送功率，接收時(shí)完成初步的信號(hào)濾波等功能。HDSL2線路工作頻率較高，這部分的性能直接關(guān)系到系統(tǒng)傳輸性能的好壞。因此，這部分的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，元件的選擇與電路的設(shè)計(jì)都有嚴(yán)格的要求。CN8980芯片組用單獨(dú)的一塊芯片完成模擬前端的功能，它與HDSL2收發(fā)器之間的連接示意圖如圖4。
圖中ser1_tx、ser2_tx是HDSL2發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)，ser1_rcv、ser1_rcv，ser1_rcv為HDSL2接收數(shù)據(jù)信號(hào)，afe_clk，up_w_da等信號(hào)是HDSL2收發(fā)器對(duì)HDSL2模擬前端芯片的控制信號(hào)。
模擬前端比較重要的部分還包括混合電路和過(guò)擊保護(hù)電路，混合電路的目的是建立傳輸線路的阻抗模型，通過(guò)這個(gè)阻抗模型生成近似的傳輸信號(hào)回波，將線路變壓器上的信號(hào)減去這個(gè)近似回波就可得到一階接收信號(hào)的近似值。盡管CN8980內(nèi)部包含數(shù)字回波抵消器，但是混合電路減少了模數(shù)變換器(ADC)的輸入信號(hào)電平，有效地減少了短環(huán)路上的ADC溢出，增加了接收信號(hào)的量化分辨率，從而得到更好的信號(hào)處理性能。
系統(tǒng)中包含兩個(gè)混合電路，可以滿足較大范圍的環(huán)路特性和數(shù)據(jù)速率。兩個(gè)混合電路中一個(gè)用于高速率情況，一個(gè)用于低速率情況，在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，軟件將檢測(cè)哪一個(gè)混合電路能夠提供最好的回波抵消性能，從而作出選擇。
這部分電路中變壓器的選擇也是一個(gè)值得特別注意的問(wèn)題。線路變壓器實(shí)際上是一個(gè)高通濾波器，用于傳輸線路與電路板之間的直流隔離。CN8980要求變壓器的匝數(shù)比必須為5:1(線路側(cè):電路側(cè))。同時(shí)變壓器的一次電感值L是一個(gè)要求非常嚴(yán)格的參數(shù)，如果電感值太高，濾波器的截止頻率將太低，CN8980的回波抵消器不能抵消回波的低頻成分和信號(hào)互調(diào)干擾；反之，如果L太小，截止頻率太高，一部分信號(hào)分量被濾除掉，將造成信噪比的降低。最后，變壓器的選擇還必須考慮回波損耗值，以盡可能的優(yōu)化系統(tǒng)性能。
在混合電路的設(shè)計(jì)中采用了NPO和具有低電解吸收率的電容，保證電路具有良好的線性特性和回波抵消性能。通過(guò)過(guò)擊保護(hù)電路的設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)具有良好的抗雷擊性能。
RS-232接口部分
系統(tǒng)中提供了兩路RS-232串行接口，接口驅(qū)動(dòng)芯片采用MAXIM公司的MAX233，接口為標(biāo)準(zhǔn)9針插頭。這一部分的電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖如圖5所示。
第一路RS-232接口用于PC機(jī)或其他網(wǎng)絡(luò)終端與系統(tǒng)之間的通信，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理和系統(tǒng)調(diào)試等。數(shù)據(jù)傳輸采用異步模式：38400波特，一個(gè)開始比特，8個(gè)數(shù)據(jù)比特，一個(gè)終止比特，沒有校驗(yàn)。PC機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制時(shí)，通過(guò)調(diào)用系統(tǒng)API命令實(shí)現(xiàn)。
第二路RS-232接口被定義為Group talk接口，用于多組CN8980芯片組同時(shí)工作時(shí)(如多線對(duì)工作模式和多電路板堆疊模式)，主芯片組與從芯片組之間的通信，進(jìn)行控制或進(jìn)行程序的裝載等。同時(shí)這路信號(hào)提供了一個(gè)用于內(nèi)部底層軟件的調(diào)試接口。數(shù)據(jù)傳輸采用異步模式：115200波特，一個(gè)開始比特，8個(gè)數(shù)據(jù)比特，一個(gè)終止比特，沒有校驗(yàn)。
由于CN8980片內(nèi)CPU與仿真接口直接并聯(lián)，為防止在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)發(fā)生沖突，在發(fā)送數(shù)據(jù)線上設(shè)置了三態(tài)門，對(duì)片內(nèi)CPU與仿真接口進(jìn)行隔離。
HOST端口
在多設(shè)備工作模式下，需要外部CPU對(duì)各個(gè)設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，因此，在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了HOST端口，它直接與內(nèi)部HOST總線連接，通向片內(nèi)CPU。在開發(fā)、調(diào)試和測(cè)試外部CPU控制程序時(shí)，使用HOST端口將非常方便。HOST端口與片內(nèi)CPU之間的通信通過(guò)HOST RAM實(shí)現(xiàn)，在外部CPU對(duì)設(shè)備發(fā)出控制指令時(shí)，將信號(hào)通過(guò)HOST端口寫入HOST RAM，產(chǎn)生中斷信號(hào)，由片內(nèi)CPU進(jìn)行處理，反之，HOST讀取片內(nèi)CPU寫入HOST RAM中的信息得到反饋信息。HOST CPU對(duì)設(shè)備的管理與控制采用API命令的方式進(jìn)行。
當(dāng)設(shè)備作為MASTER設(shè)備時(shí)，其片內(nèi)CPU可以最多控制7臺(tái)SLAVE設(shè)備，可以將這8臺(tái)設(shè)備編為一組，由外部HOST CPU通過(guò)MASTER設(shè)備的HOST端口對(duì)這一組進(jìn)行控制管理，CN8980芯片組對(duì)HOST CPU能控制的設(shè)備數(shù)目沒有限制，因此通過(guò)這種方式，可以組成一個(gè)龐大的設(shè)備組，達(dá)到巨大的通信線對(duì)數(shù)，非常適合作為局端設(shè)備。這種組網(wǎng)方式如圖6所示。
圖中，每一組的設(shè)備0為MASTER設(shè)備，與HOST總線相連，與HOST CPU進(jìn)行通信，設(shè)備1~設(shè)備7為SLAVE設(shè)備，通過(guò)Group talk接受MASTER設(shè)備的控制。
片外CPU/仿真接口
CN8980芯片內(nèi)部自帶8051CPU，但是可以通過(guò)跳線屏蔽掉，通過(guò)外部8051CPU/仿真接口使用板上的外部8051CPU，片外8051CPU/仿真接口也用作內(nèi)部8051CPU代碼的調(diào)試接口。
注意，這里的片外CPU和通過(guò)Host Port外接主CPU有所不同，這里的片外CPU使用需要屏蔽掉CN8980芯片組的內(nèi)部CPU，而Host Port外接主CPU使用時(shí)，是通過(guò)API函數(shù)調(diào)用的方式對(duì)內(nèi)部CPU進(jìn)行操作，通過(guò)內(nèi)部對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，內(nèi)部CPU仍然是工作的。
系統(tǒng)軟件流程如圖7所示。
Boot Code State
CN8980芯片內(nèi)嵌8051CPU帶內(nèi)置256Byte直接和間接訪問(wèn)RAM；2K不可編程ROM，內(nèi)部為系統(tǒng)初始化啟動(dòng)代碼；1KByte雙向HOST端口RAM，8KByte數(shù)據(jù)RAM，64KByte程序RAM(低端2KByte和不可編程ROM重疊，高端1KByte和HOST端口RAM重疊，因此是不可訪問(wèn)的)；由于系統(tǒng)的功能很多，并且片內(nèi)CPU要控制一些外部設(shè)備，程序量較大，并且考慮到系統(tǒng)的許多升級(jí)與擴(kuò)展只需要通過(guò)軟件的升級(jí)就可以實(shí)現(xiàn)，為保證足夠的升級(jí)空間，因此系統(tǒng)中外加了1Mbyte的flash ROM和32Kbyte的RAM空間。
系統(tǒng)不同的工作和配置模式，采用的程序裝載進(jìn)入程序RAM內(nèi)的方式都不一樣，以保證系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作。主要包含以下方式：
?從外部flash裝入(MASTER設(shè)備)——每塊電路板只需要一塊flash ROM；
?通過(guò)HOST端口從外部CPU裝入(MASTER設(shè)備)；
?通過(guò)RS232接口從外部HOST主機(jī)裝入(MASTER設(shè)備)；
?通過(guò)Group talk接口從MASTER設(shè)備裝入(SLAVE設(shè)備)；
HDSL2設(shè)備在將要執(zhí)行完啟動(dòng)片內(nèi)ROM中的代碼時(shí)將進(jìn)行程序的裝入，根據(jù)BOOTOP開關(guān)的設(shè)置設(shè)備選擇程序裝入的來(lái)源及裝入方式。MASTER可以通過(guò)設(shè)備內(nèi)FLASH、RS232接口、HOST端口進(jìn)行裝入，在裝載完成以后將根據(jù)BOOTOP開關(guān)的設(shè)置決定是否通過(guò)Group talk向SLAVE設(shè)備進(jìn)行裝載。SLAVE只能通過(guò)Group talk裝入。MASTER對(duì)SLAVE設(shè)備的程序裝載既可以采用廣播方式對(duì)所有的SLAVE同時(shí)進(jìn)行裝載，也可以一次只對(duì)特定的一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行裝載。在裝載完后，操作碼將通過(guò)API命令對(duì)裝載進(jìn)行校驗(yàn)，這時(shí)每臺(tái)設(shè)備都將進(jìn)行完全的自檢，片內(nèi)8051和外部HOST CPU都能進(jìn)行裝載校驗(yàn)過(guò)程，但是有所不同：片內(nèi)8051只能對(duì)一組設(shè)備(最多7臺(tái)設(shè)備)進(jìn)行校驗(yàn)，而外部CPU能校驗(yàn)所有的設(shè)備組。
_DSL Initialization State
局端設(shè)備和遠(yuǎn)端設(shè)備都會(huì)進(jìn)行初始化，在初始化過(guò)程中，軟件對(duì)設(shè)備進(jìn)行缺省配制后進(jìn)入Out-of-Service Check state.
Out-Of-Service Check
CPU 查詢START[5：0]的狀態(tài)來(lái)決定程序是否進(jìn)入空閑狀態(tài)，如果進(jìn)入空閑狀態(tài)則程序旁路HDSL2配置，并關(guān)閉DSL LOOP管理器。PCM收時(shí)鐘與發(fā)時(shí)鐘保持一致來(lái)驅(qū)動(dòng)PCM總線，HOST處理器將通過(guò)API命令對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)定。
Configure ZipWire2 State
CPU查詢START[5：0], BOOTOP, DIP 開關(guān)的狀態(tài)對(duì)HDSL2進(jìn)行配置。
Handle Test Mode States
CPU查詢START[5：0]的狀態(tài)來(lái)決定是否進(jìn)入自檢模式，如進(jìn)入自檢模式，則關(guān)閉DSL loop管理器和Activation State管理器。HOST處理器可通過(guò)API命令啟動(dòng)DSL loop管理器和Activation State管理器。
DSL Reset Check
如果程序不停啟動(dòng)DSL loop管理器和Activation State管理器，HOST處理器可通過(guò)API命令對(duì)設(shè)備進(jìn)行軟復(fù)位。
API Manager
API管理器是處理通過(guò) Host Port/RS232/ Group Talk 接口送來(lái)的API命令的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。外部HOST 處理器只能與Group Master通信，Group Master則通過(guò)Group Talk Serial Link協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)HOST 處理器的API命令到Group slaves或?qū)roup slaves的狀態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)到HOST 處理器。
Bit-pump Manager
Bit-pump(比特泵)管理器負(fù)責(zé)系統(tǒng)訓(xùn)練過(guò)程，而且在正常操作中對(duì)溫度和環(huán)境變化進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。
DSL Framer Manager
DSL Framer管理器負(fù)責(zé)保持DSL幀結(jié)構(gòu)和對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
DSL Loop Manager
DSL loop管理器負(fù)責(zé)對(duì)環(huán)路反轉(zhuǎn)和切換主環(huán)路，主環(huán)路是到達(dá)正常狀態(tài)的第一通道，如果主環(huán)路失效，DSL loop管理器自動(dòng)把下一條可用通路設(shè)為主環(huán)路。

結(jié)語(yǔ)
第二代高速數(shù)字用戶線技術(shù)(HDSL2)是一項(xiàng)最新的銅線接入技術(shù)，其良好的頻譜兼容性、高速對(duì)稱的數(shù)據(jù)傳輸能力、較遠(yuǎn)的傳輸距離使其在惡劣環(huán)境條件下快速提供寬帶接入具有其它技術(shù)不可比擬的優(yōu)越性，可廣泛應(yīng)用于Internet和接入網(wǎng)或E1、T1傳輸?shù)阮I(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用前景?！?/P>

參考文獻(xiàn)
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