摘 要： 多用戶接入單元（Multiple Dwelling Unit，MDU）是FTTB中的核心設(shè)備。隨著人們對(duì)寬帶速率增長的需求，傳統(tǒng)的DSL網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)無法滿足人們對(duì)帶寬的需求，光纖接入FTTH(光纖到戶)、FTTB(光纖到樓)帶寬大、擴(kuò)展性好，可以滿足用戶現(xiàn)在及未來對(duì)帶寬的需求。然而FTTH(光纖到戶)業(yè)務(wù)的部署成本太高,無法利用電信網(wǎng)絡(luò)目前存在的銅線資源。FTTB(光纖到樓)+Lan或FTTB+DSL不僅可以滿足用戶的帶寬需求，同時(shí)又可以利用現(xiàn)有銅線資源，降低部署成本。本文研究的MDU就是FTTB的核心設(shè)備。本文主要研究了MDU設(shè)備主控系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)。
0 引言
MDU 在網(wǎng)絡(luò)中的位置如圖1所示，它是最靠近用戶端的設(shè)備，對(duì)用戶可以提供VDSL 、ADSL 、FE 和語音POTS接入?？梢陨线BGPON、EPON、10GEPON、 XGGPON或者GE(Optical and Electric)。
1 MDU主控系統(tǒng)架構(gòu)
根據(jù)要求和應(yīng)用場景不同，MDU 有1U 和2U兩種。2U 通常是有主控板、一個(gè)上連卡、背板和4個(gè)槽位的LT 板。1U有一個(gè)主控板、一個(gè)上連卡和一個(gè)LT板，通過背板將這幾個(gè)部分連接在一起。本系統(tǒng)是基于1U 的設(shè)計(jì)，將上連和主控部分集成在一塊板卡上，通過一個(gè)芯片88F6530來實(shí)現(xiàn)。主控板的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖如圖2所示。
在此設(shè)計(jì)中88F6530做為主控芯片，上行可以是GPON也可以是EPON ,通過88F6530一個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)，不需要硬件設(shè)計(jì)的改變，只需改變軟件即可實(shí)現(xiàn)，節(jié)省了開發(fā)周期。用戶接口有24FE和32POTS兩種。88F6530內(nèi)部集成了一個(gè)語音處理DSP核，外部不需要語音處理芯片DSP,節(jié)省了成本。POTS用戶板的TDM 信號(hào)直接與88F6530的TDM 接口連接。POTS用戶板的管理接口由88F6530的HPI 接口通過CPLD 來控制。24FE 接口由Marvell 的Poncat 芯片98DX1135來實(shí)現(xiàn)。98DX1135有3組S3MII接口，通過外接PHY可以實(shí)現(xiàn) 24FE ,其中8個(gè)FE 由主板實(shí)現(xiàn)，另外16FE 由LT 來實(shí)現(xiàn)。
從圖2可以看出主控系統(tǒng)可以分為4部分：
?、胖骺匦酒?8F6530 及其外圍包括DDR、Flash和RI 溫度傳感器；
?、粕闲薪涌贓PON 或者GPON；
?、怯脩艚涌赑OTS、FE 接口及其控制接口；
?、入娫床糠帧?/p>
下面分別對(duì)這幾個(gè)部分詳細(xì)論述其具體實(shí)現(xiàn)。
2 主控芯片88F6530及其外圍
2.1 主控芯片88F6530
88F6530是Marvell AVAVTA 系列產(chǎn)品中的一款，主要應(yīng)用在MDU產(chǎn)品中。88F6530 MDU ONU設(shè)備提供Universal PON(UPON) MAC ,兼容EPON 和GPON，基于IPV6和IPV4包處理器線速可達(dá)到2.5 Gb/s，還有32通道的語音引擎。由于其具有高集成度、低功耗、高性能的特點(diǎn)，88F6530為運(yùn)營商提供了一種低成本部署光纖寬帶的選擇，可以為用戶提供視頻、界面和云等體驗(yàn)。88F6530具有以下特點(diǎn)：
?、?完全兼容EPON、GPON和P2P以太網(wǎng)MAC；
?、?.5 G 的Switch接口；
?、荲oIP和控制處理器：1.6 GHz的CPU，有16 KB的一級(jí)Caches和256 KB的二級(jí)Caches；
?、?2通道的VoIP DSP 支持G.729和G.723；
?、蒚DM接口支持標(biāo)準(zhǔn)的SLIC/SLAC設(shè)備；
?、手С?DDR2/DDR3設(shè)備，DDR2支持400 MHz，DDR3支持533 MHz，集成了4個(gè)DRAM片選；
?、酥С諲AND、NOR 和SPI Flash；
?、虄蓚€(gè)PCIe接口；
?、虸2C 接口；
?、沃袛嗵幚砥?；
?、蟽蓚€(gè)UART接口。
88F6530內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。
通過以上特性的介紹和88F6530內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以看出，88F6530可以作為此系統(tǒng)的主控芯片完成大部分功能，同時(shí)可以節(jié)省開發(fā)成本。
2.2 88F6530外圍電路
2.2.1 DDR和Flash
88F6530支持16 bit的DDR2接口和DDR3接口， 本系統(tǒng)采用了1 G的16 bit DDR2 (HY5PS1G163)。DDR2最大頻率可達(dá)到400 MHz。同時(shí)使用了512 MB的NAND Flash(NAND04GW3B2DN6E)和128 MB的SPI Flash(M25P128)。SPI Flash是啟動(dòng)時(shí)Boot所用的，NAND Flash為存取數(shù)據(jù)所用。
2.2.2 系統(tǒng)時(shí)鐘
本系統(tǒng)采用25 MHz的外部時(shí)鐘作為系統(tǒng)時(shí)鐘，為內(nèi)部PLL 提供參考時(shí)鐘。
2.2.3 I2C設(shè)備 RI和溫感
88F6530只有一組I2C接口，無法滿足本系統(tǒng)的要求。在本系統(tǒng)中有RI和溫度傳感器，還有檢測(cè)LT子卡的I2C接口，因此至少需要3個(gè)I2C接口。I2C Switch 芯片PCA9544A 有4組I2C接口，可以滿足本設(shè)計(jì)的需求，一組為RI,一組為溫感，另外一組通往背板供LT使用。8k×8bit的E2PROM作為RI 設(shè)備。TI的TMP432作為檢測(cè)溫度。此溫感芯片是一個(gè)可遠(yuǎn)端監(jiān)測(cè)溫度和本地監(jiān)測(cè)溫度的傳感器。遠(yuǎn)端溫度檢測(cè)可以通過外接一個(gè)NPN或者PNP三極管來實(shí)現(xiàn)。在此系統(tǒng)中將一路遠(yuǎn)端用于檢測(cè)電源部分的溫度，另外一個(gè)遠(yuǎn)端用于檢測(cè)PONCAT 98DX1135，TMP432芯片本身來檢測(cè)主控芯片88F6530的溫度。根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的初始值，在外界溫度超過此值時(shí)芯片會(huì)告警。
3 上行接口EPON GPON
88F6530 內(nèi)部集成了EPON 、GPON MAC，外圍只需接相應(yīng)的芯片就可以實(shí)現(xiàn)GPON或EPON上連。此系統(tǒng)中外部使用了MAX3840，它是一款雙路2×2異步矩陣開關(guān)，寬帶頻、全差分信號(hào)通路使累積抖動(dòng)、串?dāng)_即信號(hào)偏斜最小。每路2×2矩陣開關(guān)能夠扇出或復(fù)用高達(dá)2.7 Gb/s的數(shù)據(jù)和2.7 GHz時(shí)鐘信號(hào)。
4 用戶接口 FE 和POTS接口
4.1 FE接口
在此系統(tǒng)中FE接口是使用Marvell的PonCat 98DX1135來實(shí)現(xiàn)的。
4.1.1 PonCat 98DX1135
PonCat 98DX1135 是FE Switch PonCat2系列產(chǎn)品中新一代高集成、經(jīng)濟(jì)有效的一款芯片。此芯片是Marvell Prestera- DX系列中一款高性能、低功耗的處理器，是一款比較理想的芯片。PonCat系列產(chǎn)品增強(qiáng)了封裝散熱，超成本優(yōu)化設(shè)計(jì)支持最小PCB 布線要求，可以無風(fēng)扇設(shè)計(jì)。此款芯片的上行SerDes端口可以支持10/100/1000/2500 的SGMII和1000Base-x,與Marvell外接GPON MAC具有相同的功能。Poncat內(nèi)部也有CPU，因?yàn)榇讼到y(tǒng)以88F6530做為主控芯片，因此這里不使能Poncat內(nèi)部的CPU。
4.1.2 24FE 的實(shí)現(xiàn)
98DX1135 內(nèi)部有FE MAC，外部只需FE PHY 就可以實(shí)現(xiàn)用戶的FE接口要求。在本系統(tǒng)中8個(gè)FE是由主控板來實(shí)現(xiàn)，其余16個(gè)FE由LT來實(shí)現(xiàn)。主控板將兩組S3MII信號(hào)連接到背板。在主控板上使用Marvell的PHY 88E3083與98DX1135的S3MII接口相連。88E3083是Marvell為快速以太網(wǎng)設(shè)計(jì)的第三代基于DSP 的八端口物理層設(shè)備。此芯片可以完成MACs和物理媒體的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。88E3083支持1EEE802.3，支持使用雙絞線的100BASE-TX 和10BASE-T網(wǎng)絡(luò)全雙工或者半雙工的自動(dòng)協(xié)商機(jī)制，具有S3MII接口，可以很好地與98DX1135直連，不需要其他轉(zhuǎn)換芯片。對(duì)88E3083的控制通過MDIO接口來實(shí)現(xiàn)。
4.2 POTS接口
因?yàn)?8F6530內(nèi)部集成了32通道的語音處理器，所以在本系統(tǒng)中不需要外接DSP芯片來完成語音信號(hào)處理。88F6530 的TDM信號(hào)可以直接和SLAC連接。此接口可以作為Master模式提供幀同步信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)， 或者也可以作為Slave模式，接收幀同步信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)；線性編碼支持u率和A率；時(shí)鐘范圍256 kHz ~ 8.192 MHz；此部分提供一個(gè)SPI接口，本系統(tǒng)是32POTS，因此有4個(gè)SLAC，需要4個(gè)CS，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)SLAC的控制和配置，將SPI接口通過CPLD來實(shí)現(xiàn)對(duì)4個(gè)SLAC的控制。在主控系統(tǒng)中，只需提供DX、DR、FS、CLK 和四組SPI信號(hào)到背板就可以實(shí)現(xiàn)與POTS子板的連接和通信。
5 電源設(shè)計(jì)
PONCAT 98DX1135需要核電壓1.0 V，SDRAM 1.8 V，其余 3.3 V。而88F6530需要核電壓1.0 V，CPU 1.1 V、1.5 V、2.5 V還有 3.3 V，因此整個(gè)系統(tǒng)需要電壓種類多，共需要5種電源，其中3.3 V、1.0 V、1.5 V所需要的電流比較大，用DC-DC來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。此板輸入電壓為12 V，12 V進(jìn)入之后先進(jìn)行濾波，然后經(jīng)過熱拔插保護(hù)芯片LTC4210，由LTC4210輸出的12 V電壓再進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為板上所需的3.3 V、2.5 V、1.8 V、1.5 V、1.1 V、1.0 V。LTC4210還可以監(jiān)測(cè) 輸入電壓12 V，若12 V的抖動(dòng)超過了系統(tǒng)所允許的范圍，則會(huì)自動(dòng)關(guān)斷12 V。此系統(tǒng)所用的3.3 V 芯片為TI的TPS54550。TPS54550是TI公司的一款DC-DC，輸入電壓4.5 V~20 V，輸出電流可以達(dá)到6 A，具有可調(diào)節(jié)的開關(guān)頻率。 1.0 V、1.5 V由ADP1829來實(shí)現(xiàn)。ADP1829是AD公司的一款雙路DC-DC芯片。此芯片開關(guān)頻率可以工作在300 kHz、600 kHz,有軟啟動(dòng)功能、熱過載保護(hù)及電流過載保護(hù)等功能。其余電壓用LDO 來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)中所需的電壓種類比較多，而且各個(gè)電壓之間上電和下電之間的時(shí)序有一定的要求，只有滿足了這些要求，系統(tǒng)才可以正常工作。這些通常可以通過調(diào)整電源芯片EN管腳上的電阻、電容來實(shí)現(xiàn)。
6 結(jié)束語
本文從各個(gè)部分詳細(xì)地論述了MDU主控板的硬件設(shè)計(jì)，此設(shè)計(jì)最大的優(yōu)點(diǎn)就是主控芯片集成了EPON和GPON MACs，節(jié)省了開發(fā)的硬件和軟件成本，同時(shí)又滿足了用戶的需求。
參考文獻(xiàn)
[1] Marvell. 88F6530 hardware specifications[Z]. 2010.
[2] Marvell. Prestera PonCat2-FE hardware specificaions[Z]. 2010.
[3] Marvell. 88E3083 integrated 8 Port 10/100 fast ethernet transceiver[Z]. 2002.
[4] Maxim Integraled Products. Max3840 Dual 2X2 Crosspoint Switch(Rev 5)[Z]. 2007.
[5] Texas Instruments Incorporaterd. Tps54550 datasheet[Z]. 2006.