??? 摘? 要: PM5342是加拿大PMC-Sierra公司生產(chǎn)的用于光同步數(shù)字系列SDH的接口芯片。介紹?了該芯片的主要功能特性、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及主要工作時序,指出了使用中應(yīng)注意的關(guān)鍵問題,并簡要闡述了PM5342在一個SDH凈荷處理系統(tǒng)中的應(yīng)用。?

??? 關(guān)鍵詞: SDH? PM5342? 凈荷提取

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??? 光同步數(shù)字系列SDH(Synchronous Digital Hierarchy)是新一代的傳輸網(wǎng)體制。它有效地結(jié)合了高速大容量光纖傳輸技術(shù)和智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù),不僅充分顯現(xiàn)出光纖通信容量大、抗干擾能力強、保密性好、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點,而且突現(xiàn)出其復(fù)分接簡單、管理信息豐富、組網(wǎng)方式靈活等技術(shù)優(yōu)越性,自二十世紀(jì)90年代初出現(xiàn)以來得到了迅速發(fā)展。 ?

??? PMC-Sierra公司的PM5342 SPECTRA-155是一款新型的SDH/SONET專用接口芯片,可用來實現(xiàn)STS-1(STM-0/AU3)及STM-1幀中的凈荷提取及定位功能。該芯片具有較高的集成度,將定時提取模塊、串/并轉(zhuǎn)換模塊、段開銷處理模塊及通道開銷處理模塊等集成到一起,功能非常強大。實踐證明該芯片性能可靠、使用方便,是開發(fā)SDH產(chǎn)品的較優(yōu)選擇。?

??? 為便于理解PM5342的功能及內(nèi)部結(jié)構(gòu),在此以STM-1為例對SDH的幀結(jié)構(gòu)作一簡單介紹。SDH采用的是以字節(jié)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的矩形塊狀幀結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)安排如圖1所示。?

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??? 如圖所示,STM-1的幀結(jié)構(gòu)是9行×270列的塊狀幀結(jié)構(gòu)。其中,RSOH為再生段開銷;MSOH為復(fù)用段開銷;AUPTR為管理單元指針;POH為通路開銷。圖中縱向前9列橫向第1至第3行和第5至第9行的72個字節(jié)全部分配給段開銷。?

??? 本文將介紹PM5342的功能特性及其使用中應(yīng)注意的問題,并給出一個PM5342在SDH凈荷處理系統(tǒng)中的應(yīng)用實例。?

1 SDH/SONET凈荷提取/定位芯片PM5342 ???

1.1 PM5342的主要特性?

??? ·用于STS-1(STM-0/AU3)、STM-1/AU3 (STS-3)及STM-1/AU4 (STS-3c)信號的凈荷提取/定位,根據(jù)工作模式的不同,分別提供速率為19.44Mb/s、38.44Mb/s或51.84Mb/s的系統(tǒng)端并行數(shù)據(jù)接口;?

??? ·終結(jié)STS-1及STM-1幀中的所有段開銷以及高階通道開銷,根據(jù)工作模式的不同,提供速率為51.84Mb/s或155.52Mb/s的線路端串行數(shù)據(jù)接口;?

??? ·SDH每一幀中的全部段開銷字節(jié)可通過一個串行輸出端口提取/接入,其中的公務(wù)字節(jié)E1、E2,使用者通路F1,數(shù)據(jù)通信通路D1～D3、D4～D12以及自動保護倒換通路K1、K2還有各自的串行提取/接入端口;?

??? ·提供靈活多樣的開銷接入方式,或者由芯片產(chǎn)生,或者插入芯片內(nèi)部寄存器的值,或者通過引腳接入;?

??? ·內(nèi)部集成有定時提取模塊,可通過155.52Mb/s的串行接口直接與光收發(fā)模塊連接;?

??? ·線路端有STS-1、STM-1/AU3及STM-1/AU4等多種工作模式,通過訪問內(nèi)部寄存器來設(shè)定;系統(tǒng)端也有字節(jié)Telecombus、半字節(jié)Telecombus及串行Telecombus等多種工作模式,通過專門的模式引腳來設(shè)定;?

??? ·把三路串行數(shù)據(jù)流(例如幀中繼或以太網(wǎng)凈荷等)獨立映射入單路STS-1(STM-0/AU3)或STM-1/AU3凈荷;?

??? ·支持線路環(huán)回和測試環(huán)回的工作模式,以便對芯片進行靈活的配置管理和故障診斷;?

??? ·提供一個通用的八位微處理器接口來完成5342的初始化配置、工作控制以及狀態(tài)監(jiān)測;?

??? ·采用集成CMOS工藝,+5V供電低功耗器件,輸入兼容PECL和TTL電平,輸出為TTL電平;?

??? ·256腳SBGA(Super Ball Grid Array)封裝。?

1.2 PM5342內(nèi)部結(jié)構(gòu)?

??? PM5342的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示,大體上可分為三部分:接收部分、發(fā)送部分及控制部分。接收部分主要包括:時鐘恢復(fù)模塊CRSI或CDR、接收端再生段開銷處理模快RSOP(Rx Section O/H Processor)、接收端復(fù)用段開銷處理模塊RLOP(Rx Line O/H Processor)、接收端高階通道開銷處理模塊RPOP(Rx Path O/H Processor)以及接收端Telecombus定位校準(zhǔn)模塊RTAL(Rx Telecom Aligner)等;發(fā)送部分主要包括:發(fā)送端Telecombus定位校準(zhǔn)模塊TTAL(Tx Telecom Aligner)、發(fā)送端高階通道開銷處理模塊TPOP(Tx Path O/H Processor)、發(fā)送端復(fù)用段開銷處理模塊TLOP(Tx Line O/H Processor)、發(fā)送端再生段開銷處理模塊TSOP(Tx Section O/H Processor)以及時鐘綜合模塊CSPI(Clock Synthesis)等;控制部分提供一個可兼容Intel和Motorola總線模式的8位微處理器接口,以便對內(nèi)部寄存器進行訪問。?

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??? 相應(yīng)的芯片對外部提供接收通道端口及發(fā)送通道端口。接收通道端口包括:串行155.52Mb/s數(shù)據(jù)接收端口RXD+/-,段開銷取出端口RTOH、RSUC、RSOW、RLOW、RSLD、RLD等,高階通道開銷取出端口RPOH[3:1]以及凈荷取出端口DD[7:0];發(fā)送通道端口包括:串行155.52Mb/s數(shù)據(jù)發(fā)送端口TXD+/-,段開銷接入端口TTOH、TSUC、TSOW、TLOW、TSLD、TLD等,高階通道開銷接入端口TPOH[3:1]以及凈荷接入端口AD[7:0]。?

1.3 工作時序?

??? 了解PM5342的工作時序是利用它進行正確設(shè)計的重要前提,現(xiàn)將其較為重要的工作時序作一簡單介紹。?

1.3.1 段開銷的提取與接入時序?

??? 以STM-1/AU4段開銷的接入時序圖為例進行介紹。?

??? 圖3中TTOH引腳輸入的信號是5.184Mb/s的串行比特流,由該引腳接入SDH幀中的再生段開銷、AUPTR和復(fù)用段開銷;由TTOHEN引腳輸入的是段開銷接入使能信號,如果在某一TTOH字節(jié)的最高位輸入時TTOHEN為高,則將該字節(jié)的值接入發(fā)送通道相應(yīng)SDH幀中的對應(yīng)位置,否則將在該位置接入芯片默認(rèn)值;TTOHCLK引腳輸出的是5.184MHz的時鐘信號,在該時鐘脈沖的上升沿對TTOH和TTOHEN輸入信號進行采樣;TTOHFP引腳輸出在TTOHCLK的下降沿刷新,指示幀頭A1字節(jié),以上四者協(xié)同作用完成段開銷的接入。?

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1.3.2? 凈荷的提取/接入時序?

??? 以工作在字節(jié)Telecombus 模式下STM-1/AU4凈荷的提取為例進行介紹。?

??? 圖4中DD[7:0]總線輸出為19.44Mb/s的STM-1凈荷;DPL輸出為凈荷指示信號,DPL為高時表示此時DD[7:0]輸出為凈荷VC4,否則為段開銷或AUPTR;DC1J1V1輸出與DPL信號協(xié)同作用以標(biāo)志STM識別符C1以及高階通道蹤跡字節(jié)J1;DCK輸入為19.44MHz的時鐘信號,DD[7:0]、DPL和DC1J1V1在DCK的上升沿刷新;DFP輸入為幀頭指示信號。以上諸信號協(xié)同作用完成STM-1/AU4凈荷的提取。?

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1.4 中斷特性?

??? PM5342只有一個中斷請求引腳INTB,但是它能反映芯片內(nèi)部超過200個可屏蔽中斷源的中斷請求。PM5342的中斷管理是一種層次式結(jié)構(gòu),INTB之下有頂層中斷與底層中斷,它們的狀態(tài)都用相應(yīng)內(nèi)部寄存器中的相應(yīng)位來反映。INTB之下的各頂層中斷之間、某一頂層中斷屬下的底層中斷之間都是“或”的關(guān)系。?

??? PM5342中斷層次結(jié)構(gòu)圖如圖5所示,位于中斷層次圖根部的是中斷源。通常中斷源的狀態(tài)用相關(guān)的內(nèi)部寄存器中的某一比特位來反映,稱為中斷源狀態(tài)位(“V”比特)。“V”比特實時地反映中斷源的狀態(tài),沒有相應(yīng)的“V”比特的中斷源會用其它方式報告自己的狀態(tài)。每一個中斷源在其相關(guān)的內(nèi)部寄存器中都有相應(yīng)的中斷請求標(biāo)志位(“I”比特)。當(dāng)中斷事件發(fā)生時,“I″比特被置位并鎖定,直到中斷被處理(即該“I”比特所在的內(nèi)部寄存器被CPU讀)后才清零。為了屏蔽無關(guān)中斷請求,每一個中斷請求標(biāo)志位都有一相應(yīng)的中斷允許控制比特(“E”比特)。當(dāng)“E”比特被置位時,相應(yīng)的“I”比特才對INTB或高層中斷有貢獻;否則,該中斷請求被屏蔽。?

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??? 現(xiàn)以LOS告警引起的中斷為例來作一具體說明:中斷源LOS在內(nèi)部寄存器中有一相應(yīng)的中斷源狀態(tài)位LOSV實時反映該中斷源的狀態(tài)。當(dāng)檢測到LOS告警時,LOSV置位;當(dāng)LOSV狀態(tài)改變時,中斷事件發(fā)生,LOSI被置位;如果此時LOSE已被置位,則LOSI對其高層中斷RSOPI有貢獻。如果此時RSOPE也已被置位,則芯片將通過INTB引腳發(fā)出中斷請求;否則LOSI仍然反映LOSV的改變,但對INTB卻沒有貢獻。?

??? 許多常用的中斷一般都還有一個輔助中斷(Auxiliary Interupts),即在另一內(nèi)部寄存器中有第二個中斷請求標(biāo)志位(“I”比特)以及獨立于主中斷的中斷允許控制位(“E”比特)。輔助中斷的請求標(biāo)志位直接對INTB有貢獻,而且它的清除方式也不同于主中斷,對其所在寄存器的讀操作并不會把該標(biāo)志位清零,而必須由CPU通過寫操作清零。?

2 PM5342使用中應(yīng)注意的關(guān)鍵問題?

??? ·該芯片內(nèi)部兼有模擬電路和數(shù)字電路兩部分,為了減少兩類電路間的干擾以保證芯片正常工作,在進行PCB設(shè)計時必須把模擬電源/地與數(shù)字電源/地分開;?

??? ·電源去耦對于高速電路設(shè)計極為關(guān)鍵,尤其是PM5342內(nèi)部有著極為敏感的模擬電路。建議對每一模擬電源引腳單獨去耦以避免噪聲在各電源引腳間耦合,在適當(dāng)?shù)那闆r下可以采用簡化的去耦方案。以下5組模擬電源引腳必須要獨立去耦:?

??? #1???? TAVD2?

??? #2???? RAVD2?

??? #3???? TAVD1,3,4?

??? #4???? RAVD1,3 ?

??? #5???? QAVD1,2,3 ?

??? ·高速信號線RXD+/-和TXD+/-(155.52Mb/s)應(yīng)當(dāng)作微帶傳輸線來考慮,并且必須要端接匹配負(fù)載。?

3 PM5342在SDH系統(tǒng)中的應(yīng)用舉例?

??? 筆者利用PM5342芯片自行設(shè)計了相關(guān)電路,實現(xiàn)STM-1凈荷處理系統(tǒng)的接口功能。其系統(tǒng)框圖如圖6所示(虛線框內(nèi)為筆者自行設(shè)計實現(xiàn)的部分)。?

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??? 圖中光收發(fā)模塊采用的是武漢光通信公司的RTXM-155芯片,在接收方向上經(jīng)RTXM-155完成光電變換,送出155.52Mb/s的電信號,進入PM5342的串行數(shù)據(jù)輸入端口RXD+/-。該光收發(fā)模塊還對光接收信號的功率進行檢測,低于閾值功率時送出光發(fā)送失效告警信號。?

??? 經(jīng)光電變換后的STM-1全幀信號進入PM5342的接收通道,經(jīng)過時鐘與數(shù)據(jù)恢復(fù)、串/并轉(zhuǎn)換、幀定位、BIP-8運算及比較、解擾碼、段開銷與通道開銷處理、指針解釋與調(diào)整以及通道凈荷定位等處理步驟后,STM-1凈荷由總線DD[7:0]提取,送入凈荷處理系統(tǒng)。經(jīng)段開銷處理模塊時,STM-1的段開銷信號由PM5342的RTOH引腳提取,送入XILINX公司的FPGA芯片XC2S50,根據(jù)凈荷處理系統(tǒng)的要求,對TTOH作緩存以實現(xiàn)部分段開銷的透明傳輸,如D1～D3、E1、E2及F1等字節(jié)。另外,FPGA需對TTOHEN信號的時序特性作適當(dāng)處理,使得在某些段開銷(TTOH信號)字節(jié)的對應(yīng)位TTOHEN為低,以保證這些字節(jié)的接入值由芯片自身來產(chǎn)生,而非由TTOH引腳接入,如A1、A2、B1、B2等字節(jié)。處理之后的凈荷由總線AD[7:0]進入PM5342的發(fā)送通道,先進行凈荷定位,再進入開銷處理模塊,此時FPGA送出的段開銷經(jīng)PM5342的TTOH腳接入,之后進行擾碼處理、作BIP-8運算、并/串轉(zhuǎn)換及時鐘綜合,最終由PM5342的串行數(shù)據(jù)輸出端口TXD+/-輸出至光收發(fā)模塊RTXM-155,經(jīng)電光變換,恢復(fù)為STM-1全幀光信號繼續(xù)在SDH網(wǎng)上傳輸。?

??? 本接口電路中單片機89C52有雙重作用,一方面作為本接口電路的控制核心,對PM5342進行初始化配置,通過檢測5342的中斷請求引腳INTB來監(jiān)控5342的工作情況,及時地對失光告警、失幀告警及線路告警等異常工作狀態(tài)作出響應(yīng)以保證系統(tǒng)的正常工作;另一方面,該單片機受凈荷處理系統(tǒng)中的主單片機的控制,通過串口與之通信,接收主機的查詢并報告重大異常,以方便主系統(tǒng)的及時處理。?

??? 筆者以SDH接口芯片PM5342為核心設(shè)計了STM-1凈荷處理系統(tǒng)的接口電路,實踐證明其控制靈活,外圍電路簡單,較好地實現(xiàn)了預(yù)期功能。?

參考文獻?

1 韋樂平.光同步數(shù)字傳送網(wǎng)(修訂本).北京:人民郵電出版社,1998?

2 PM5342 SPECTRA-155 SDH Payload Extractor/Aligner?Datasheet.Pmc-Sierra公司,1999?

3 PM5342 SPECTRA-155 Programmer＇s Reference. PmcSierra公司,1999?

4 鄧忠禮,趙? 暉.光同步數(shù)字傳輸系統(tǒng)測試.北京:人民郵電出版社,1998