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程控交換機中光接口的設計
[ 通信界 / 汪瑾 / www.6611o.com / 2006/2/17 21:21:09 ]
 

Design of Optical Interface in Digital Switching System

中國人民解放軍信息工程大學 汪瑾


  摘 要:本文介紹了程控交換機中一種SDH光接口的設計與實現,并簡要說明了設計的背景及意義。
  關鍵詞:SDH光接口;E1映射;解映射;成幀;鏈路交叉

引 言
  隨著現代電信網絡的飛速發展,同步數字傳輸體系SDH已經成為當前電信網的主導傳輸機制,以SDH為承載基礎的傳送網也逐漸成為通信網建設的主導方向。對當前電信運營商而言,SDH設備是最根本的基礎設施之一。

SDH標準的優點
  SDH主要有三條特點:同步復用、標準光接口和強大的網管能力。
  為了使程控交換機能夠在公共傳輸網上傳輸信號,SDH光接口為此提供了一個標準的光信號,通過光纖傳輸,與其他終端互聯,這樣各個終端的協議不必統一。同時,由于光纖通信的網絡容量大、速度快、性能好,其廉價的通信、優良的帶寬特性正使之成為電信網的主要傳輸手段。
由于用一個光接口代替了大量的電接口,因而通過SDH所傳輸的業務信息,可以不必經過常規準同步系統所具有的一些中間背靠背電接口,而直接經光接口通過中間節點,省去了大量相關電路單元和跳線光纜,使網絡可用性和誤碼性能都得到改善。
    SDH信號結構的設計已經考慮了網絡傳輸和交換應用的最佳性,因而在電信網的各個部分(長途、中繼和接入網)中都能提供簡單、經濟和靈活的信號互連及管理,使得傳統電信網各個部分的差別正在漸漸消失,彼此的直接連接變得十分簡單和有效。

設計與實現
  內置式SDH光中繼接口板(以下簡稱SDH光接口板)為交換設備提供STM-1速率的光接口,工作于終端復用器TM模式,用作緊湊型的內置SDH光傳輸系統。能夠靈活地上下2M業務,支持最多上下全部63個2M業務,所有業務通過8M H-MVIP(High Density Multi-Vendor Integration Protocol,多廠家集成協議)總線與系統的交換網絡相連。

設計原理
  設計采用了ITU-T G707標準中的子復用結構,正好實現從E1鏈路到STM-1幀的轉換,見圖1。

圖1 單板采用的SDH復用結構(略)

  SDH光接口板為數字中繼處理機及接口板,它是下掛在主處理機下的一種子處理機,在系統中可根據網上要求配置多塊,各自獨立工作。
  SDH光接口板單板為交換系統提供標準155M SDH光接口,并支持單板最多上下63個2M業務,提供RS232接口用于調試,提供與主處理機的共享信箱,實現主處理機與SDH光接口板處理機之間的通信。
  單板在交換系統中的位置如圖2所示。

圖2 單板在系統中的位置(略)


    如圖3所示,SDH光接口板將來自于光纖的光信號經光收模塊完成光/電變換后轉換為155M/s的差分信號,再對輸入信號進行時鐘恢復和數據的提取、串/并變換、解擾碼、段開銷處理及B1、B2的計算,高階通道開銷處理。然后將接收信號中的VC-4凈荷輸出,從VC-4凈荷中提取2M業務信號,進行成幀處理及2M鏈路的交叉調整后驅動上背板。


圖3 單板的總體結構(略)


  同樣,來自背板的HMVIP信號經過驅動后首先進行2M鏈路的交叉調整,然后進行成幀處理和映射到VC-4中,加上開銷字節、指針處理,由光發模進行電/光變換后發送出去。

硬件設計
  SDH光接口板單板包括8個模塊:CPU及控制模塊,共享信箱模塊,光電/電光轉換模塊,開銷指針處理模塊,E1映射、解映射、成幀及鏈路交叉網絡模塊,背板驅動電路模塊,時鐘模塊,電源模塊。
  CPU及控制模塊:該模塊圍繞CPU構成,主要功能是實現對整個單板的控制。該模塊包含MC68360(高檔單片機)、RS232(串口)、29F040(FLASH)、HM628512FP(RAM)、MAX3064(EPLD)、ACEXEP1K30(FPGA)、74HCT245(總線驅動器)。結構圖如圖4。

圖4 CPU及控制模塊結構(略)


  共享信箱模塊:該模塊為單板與MP之間提供一個大小為16K的雙端口RAM作為共享信箱。
  光電/電光轉換模塊: 該模塊將接收到的光信號轉換為電信號送給PM5342,同時將從PM5342來的電信號轉換為光信號。
  開銷指針處理模塊: 該模塊主要有STM-1的再生段開銷、復用段開銷、高階通道、低階通道開銷和高階、低階指針。
  E1映射、解映射、成幀及鏈路交叉網絡模塊: 該模塊主要完成映射、解映射、成幀及鏈路交叉的工作,即完成完成映射/解映射的2M業務信號與背板鏈路之間的靈活交叉以及從一個155M的63各2M中任意選擇部分2M業務上下。
  背板驅動電路模塊:背板驅動電路是SDH光接口板單板與04交換機的接口電路,完成背板信號與本板信號之間的隔離和驅動。
  時鐘模塊:時鐘模塊主要完成為本板提供19.44M的SDH工作時鐘的功能,該時鐘同時就是本板光口的發送時鐘。
  電源模塊:單板的電源來自背板的5V,而本單板上還用到了3.3V、2.5V及1.8V的芯片,所以電源模塊的功能是完成5V到3.3V、2.5V及1.8V的轉換。
    本單板采用1個2mmA和1個2mmB插座與背板相連,背板為單板提供時序信號、控制信號、地址信號、數據信號、板位識別信號 、程序加載鏈路、 +5V電源及RS-232串口。單板為背板提供8Mbit/s的H-MVIP鏈路,A和B兩路外部時標。
    為了實現單板與主機之間的通信,本設計中使用了一個雙端口RAM作為共享信箱。

軟件設計
  軟件的設計采用68K系列單片機的匯編語言,主要分為兩個部分:ROM程序的設計以及RAM程序的設計。

ROM程序
  主要完成對CPU的初始化, 包括建立與外部通信的通道(包括串口和HDLC通道);對外圍器件的檢測;RAM程序的加載。
    ROM程序分為引導和調試程序,引導程序位于flash中,用于單板的上電復位。68360CPU上電時自動從0地址處取系統堆棧值SSP和PC值,完成CPU初始化、ROM、RAM、DRAM的測試及專用芯片初始化、專用芯片的測試、HDLC環回測試,并打印測試結果,完成引導功能。
  程序流程圖見圖5。
  另外,按下單板上手動ABORT按鈕即可進入68K提供的編程和操作環境TUTOR,在TUTOR下可實現監控/調試,匯編/反匯編,程序輸入,I/O控制等功能。單板調試程序起始地址是$40000,在TUTOR下輸入 G 40000可進入調試程序。
    單板調試程序為單板在生產中提供工藝檢測方法和手段,基于人機對話模式,CPU通過串口接收鍵盤輸入,調試程序根據鍵盤輸入跳轉到相應的流程。
  程序流程圖如圖6。

圖5 引導程序流程圖(略)


RAM程序
  RAM程序即運行主程序,完成對外圍芯片的驅動,正確完成對主機命令的響應,如各種復位命令、數據配置命令、性能采集命令以及各種在線測試命令;實現與主機的交互;實現系統通過外接串口進行維護觀察的功能;實現對各種接口的掃描,上報告警、申請封鎖相應鏈路,統計各接口的性能指標;此外還要做運行檢查。
  系統進行光口配置后,就可以將單板插入指定的板位,此時單板上電、復位,進行CPU初始化,單板自檢。
  自檢通過后,報復位正常,由主機通過HMVIP鏈路開始對SDH光接口板單板進行程序加載,單板通過雙口RAM使用接口協議與主機進行交互式通訊,完成主機的各種命令響應,通訊的內容主要為:


圖6 調試程序流程圖(略)

  (1)由主機下達的系統命令,SDH配置數據庫等;
  (2)SDH光接口板板上報給主機的命令回答,和運行狀態參數。
  單板加載正常后,初始化SDH數據區及ASIC,進行2M鏈路時隙配置。
  完成初始化工作后,單板依次執行系統命令處理,維護觀察,SDH、PDH接口終端掃描,和運行檢查等工作。
  當系統進入死循環時,由看門狗進行復位,系統再次啟動。

結束語
  PM8316以及PM5342等專用芯片寄存器的設置是該設計中的重點,這兩個專用芯片完成了對信號的開銷指針處理、映射解映射、成幀及鏈路交叉等具有SDH特色的重要功能;單板信號的告警性能的上報與采集也是單板軟件設計中的重點,這是進行控制及維護的重要手段和依據,設計中采用了3個全局循環計數器,有1秒計數器、1分鐘計數器以及15分鐘計數器,不僅供本函數及其它函數使用:如為性能超限告警提供記時基準,為點亮運行燈函數提供記時基準等等。此函數做了各接口的10毫秒、1秒鐘、1分鐘、15分鐘的性能統計,以供性能采集命令之用,以及性能超限形成相應的告警之用。

 

作者:汪瑾 合作媒體:世界電子元器件 編輯:顧北

 

 

 
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