摘? 要: 介紹了SDH凈荷提取/定位處理芯片PM5313的主要功能特性、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及使用中的注意事項(xiàng),并通過(guò)一個(gè)實(shí)際的凈荷處理系統(tǒng)" title="處理系統(tǒng)">處理系統(tǒng)接口的例子闡述其應(yīng)用。
關(guān)鍵詞: SDH? PM5313? 凈荷
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數(shù)字同步系列SDH作為新一代的傳輸體制和標(biāo)準(zhǔn),經(jīng)過(guò)一系列的完善、發(fā)展,迄今已形成了一個(gè)完整的全球統(tǒng)一的數(shù)字通信標(biāo)準(zhǔn)。相對(duì)于準(zhǔn)同步系列PDH,SDH具有組網(wǎng)簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)、互連方便、管理功能強(qiáng)大、兼容性好等優(yōu)點(diǎn)。因此,SDH正逐步取代PDH。
SDH信號(hào)以幀的形式傳輸,其幀結(jié)構(gòu)為二維矩陣,如圖1所示。
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SDH幀是由9行270×N列字節(jié)組成的。前9×N列為開(kāi)銷(xiāo)字節(jié)和指針字節(jié),1~3行是再生段開(kāi)銷(xiāo)(RSOH),5~9行是復(fù)用" title="復(fù)用">復(fù)用段開(kāi)銷(xiāo)(MSOH),第4行是AU指針(AUPTR)。圖中右半邊,也就是從10×N列到270×N列為凈荷(PAYLOAD)區(qū),其中包括了通道開(kāi)銷(xiāo)。N是SDH信號(hào)的速率等級(jí),最基本的等級(jí)是STM-1信號(hào),往上依次為STM-4、STM-16、STM-64等信號(hào)。PM5313是專門(mén)處理STM-4信號(hào)的芯片,其速率為622.08Mbit/s。
1 622Mbit/s SDH凈荷提取/定位芯片PM5313
1.1 PM5313的主要特性
·兼容STS-12(STM-4/AU3或STM-4/AU4)或STS-12c(STM-4/AU4-4c)等多種信號(hào),線路端提供串行和并行兩種接口,串行速率為622.08Mbit/s,并行速率為77.76Mbit/s。
·提供完整的時(shí)鐘、數(shù)據(jù)恢復(fù)和時(shí)鐘綜合,直接從接收到的信號(hào)中提取時(shí)鐘信息。當(dāng)外部時(shí)鐘性能較好時(shí),可將時(shí)鐘恢復(fù)功能屏蔽,直接使用外部時(shí)鐘源。
·完全終結(jié)SDH/SONET的再生段開(kāi)銷(xiāo)、復(fù)用段開(kāi)銷(xiāo)和通道開(kāi)銷(xiāo)。提供三種信號(hào)通道:12個(gè)STS-1信號(hào)通道、4個(gè)STS-3/3c(STM-1/AU3/AU4)信號(hào)通道和一個(gè)獨(dú)立的STS-12c(STM-4/AU4-4c)信號(hào)通道。
·開(kāi)銷(xiāo)字節(jié)的引出和接入靈活方便,既可將全部開(kāi)銷(xiāo)字節(jié)從一個(gè)接口引出或接入,也可將每一類(lèi)開(kāi)銷(xiāo)由特定的接口引出或接入;開(kāi)銷(xiāo)字節(jié)既可由芯片內(nèi)部產(chǎn)生,也可由外部引腳接入。
·提供DS3映射接口。
·采用線路端并行收發(fā)方式,可用于OC-48設(shè)備的前端連接。
·提供線路環(huán)回、系統(tǒng)環(huán)回、測(cè)試環(huán)回等多種信號(hào)環(huán)回模式,便于對(duì)芯片進(jìn)行靈活配置和故障診斷。
·提供IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)JTAG接口,用于邊界掃描測(cè)試。提供8bit微處理器接口,用于芯片的配置、控制和狀態(tài)監(jiān)控。
·采用3.3V CMOS工藝,輸入兼容TTL和PECL電平,輸出為T(mén)TL電平。PECL電平兼容5V和3.3V。
1.2 PM5313的功能模塊
PM5313的功能模塊如圖2所示。
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整個(gè)模塊可分為接收部分、發(fā)送部分、控制部分和系統(tǒng)端接口等四個(gè)主要部分。以下分別對(duì)每個(gè)部分做簡(jiǎn)要介紹。
1.2.1 接收和發(fā)送部分
接收部分由接收線路端接口RX Line I/F、時(shí)鐘及數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊CRSI、接收端" title="接收端">接收端再生段開(kāi)銷(xiāo)處理模塊" title="處理模塊">處理模塊RSOP、接收端復(fù)用段開(kāi)銷(xiāo)處理模塊RLOP、接收端解復(fù)用模塊RX_DEMUX、接收端通道處理模塊RPPS組成。其中RPPS包括了接收端高階通道開(kāi)銷(xiāo)處理RPOP、通道蹤跡字節(jié)緩存SPTB、接收端TelecomBus定位校準(zhǔn)模塊RTAL、Drop Bus偽隨機(jī)序列發(fā)生和監(jiān)測(cè)模塊DPGM以及Drop端DS3映射模塊D3MD。發(fā)送部分與接收部分相似,所不同的是發(fā)送端通道處理模塊中有一個(gè)發(fā)送端指針解釋TPIP,同時(shí),將解復(fù)用模塊改為發(fā)送端復(fù)用模塊TX_REMUX,將時(shí)鐘恢復(fù)模塊改為時(shí)鐘綜合模塊CSPI。
1.2.2 控制部分
控制部分主要由一個(gè)8位的微處理器接口組成。該接口兼容Intel和Motorola總線模式,14位尋址,內(nèi)部寄存器資源豐富。
1.2.3 系統(tǒng)端接口
系統(tǒng)端接口由Telecom Bus總線接口和串行DS3接口組成。其中,Telecom Bus總線接口分為Drop Bus和Add Bus。Drop Bus將接收到SDH信號(hào)的凈荷輸出,由時(shí)鐘DCK控制;Add Bus將外部提供的數(shù)據(jù)作為凈荷接入,由時(shí)鐘ACK控制。Telecom Bus總線提供兩種方式:第一種方式輸入輸出為4路19.44Mbit/s信號(hào);第二種方式輸入輸出為1路77.76Mbit/s信號(hào)。兩種方式的選擇可通過(guò)設(shè)置內(nèi)部寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)。Telecom Bus總線還提供了一些輔助信號(hào),包括凈荷指示信號(hào)(DPL[4:1]、APL[4:1])、復(fù)合時(shí)序信號(hào)(DC1J1V1[4:1]、AC1J1V1[4:1])、凈荷奇偶校驗(yàn)信號(hào)(DDP[4:1]、ADP[4:1])等,用以方便凈荷數(shù)據(jù)的輸入輸出。
1.3 PM5313的工作時(shí)序
要想正確使用PM5313,必須了解它的工作時(shí)序。下面對(duì)它的比較重要的一些工作時(shí)序做簡(jiǎn)要的介紹。
1.3.1 段開(kāi)銷(xiāo)提取和接入的時(shí)序
段開(kāi)銷(xiāo)的提取和接入時(shí)序十分相似,現(xiàn)以接入時(shí)序?yàn)槔f(shuō)明段開(kāi)銷(xiāo)接入時(shí)序。
段開(kāi)銷(xiāo)接入時(shí)序如圖3所示。圖中,TTOH是20.736MHz的串行比特流,SDH幀信號(hào)中的再生段開(kāi)銷(xiāo)、復(fù)用段開(kāi)銷(xiāo)以及AU指針都從此引腳接入;TTOHEN是段開(kāi)銷(xiāo)接入使能信號(hào),當(dāng)某一開(kāi)銷(xiāo)字節(jié)的最高比特輸入時(shí),若TTOHEN信號(hào)為高,則將輸入字節(jié)接入SDH幀中,反之，則將芯片設(shè)定的默認(rèn)值接入SDH幀中。TTOHCLK是一個(gè)20.736MHz的時(shí)鐘,在該時(shí)鐘的上升沿對(duì)TTOH和TTOHEN引腳上的信號(hào)進(jìn)行采樣;TTOHFP是幀頭指示信號(hào),它在TTOHCLK的下降沿更新,用來(lái)指示幀頭,也就是第一個(gè)A1字節(jié)。這四個(gè)信號(hào)協(xié)同工作,共同完成段開(kāi)銷(xiāo)和AU指針的接入。
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1.3.2 凈荷提取和接入時(shí)序
凈荷的提取和接入主要在系統(tǒng)端Telecom Bus上進(jìn)行,這里以凈荷的提取為例進(jìn)行說(shuō)明。系統(tǒng)端有19.44MHz和77.76MHz兩種工作方式" title="工作方式">工作方式。
1.3.2.1 19.44MHz工作方式
STM-1/AU4凈荷提取時(shí)序如圖4所示。在此種工作方式下,輸出是4路STM-1凈荷。圖中,DD[8(n-1)+7:8(n-1)](n=1，2，3，4)是4路速率為19.44Mbit/s的STM-1凈荷。DPL[n]為凈荷指示信號(hào),DPL[n]為高時(shí)表示輸出的是VC-4凈荷,否則為段開(kāi)銷(xiāo)和AU指針。DC1J1V1[n]與DPL[n]共同指示STM識(shí)別符C1和高階通道蹤跡字節(jié)J1。DFP為幀頭指示信號(hào)。DDP[n]為凈荷奇偶校驗(yàn)。DCK輸出一個(gè)19.44MHz的時(shí)鐘信號(hào),DD[8(n-1)+7:8(n-1)]、DPL[n]、DC1J1V1[n]都在DCK的上升沿更新。上述信號(hào)協(xié)同工作,配合起來(lái)完成凈荷的提取工作。
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1.3.2.2 77.76MHz工作方式
此種方式各信號(hào)引腳與前一種工作方式基本相同。不同之處在于凈荷只從DD[7:0]輸出,相應(yīng)的各種標(biāo)志信號(hào)為DPL[1]、DC1J1V1[1]、DDP[1]等,如圖5所示。
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2?PM5313的應(yīng)用
PM5313功能強(qiáng)大,可用于SDH/SONET分插復(fù)用設(shè)備、終端復(fù)用設(shè)備、交叉連接設(shè)備、SDH/SONET測(cè)試設(shè)備以及交換機(jī)、Hub、路由器等多種設(shè)備。下面通過(guò)一個(gè)自行設(shè)計(jì)的實(shí)際的凈荷處理系統(tǒng)接口來(lái)說(shuō)明PM5313的應(yīng)用。
????凈荷處理系統(tǒng)接口框圖如圖6所示。圖中,光模塊采用武漢光通信公司的RTXM-622光收發(fā)模塊。它不僅能接收622Mbit的SDH光信號(hào)并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，使其變?yōu)殡娦盘?hào),輸入到PM5313的串行輸入端RXD+/-；同時(shí)還能把從PM5313串行輸出端TXD+/-輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)變成光信號(hào)輸出。此外,它還可對(duì)接收光信號(hào)的功率進(jìn)行檢測(cè),若接收功率低于閾值功率,則給出光發(fā)送失效告警信號(hào)。
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經(jīng)過(guò)光電變換的STM-4信號(hào)進(jìn)入PM5313的接收通道,再經(jīng)過(guò)時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)、串/并轉(zhuǎn)換、幀定位、BIP-8計(jì)算比較、解擾碼后,進(jìn)入段開(kāi)銷(xiāo)處理模塊。段開(kāi)銷(xiāo)信號(hào)由RTOH引腳提取,送入Xilinx公司的FPGA芯片XC2S50中,經(jīng)過(guò)通道開(kāi)銷(xiāo)處理、指針解釋及調(diào)整、凈荷定位等處理后,根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的工作方式,凈荷信號(hào)以STM-4凈荷的形式由DROP總線引腳DD[7:0]輸出,或者以4路STM-1凈荷的形式由引腳DD[7:0]、DD[15:8]、DD[23:16]、DD[31:24]分別輸出。提取出的凈荷信號(hào)送入凈荷處理模塊,經(jīng)過(guò)處理后的凈荷信號(hào)也以相對(duì)應(yīng)的形式由ADD總線的引腳AD[7:0]或AD[31:0]送回PM5313的發(fā)送通道。PM5313對(duì)凈荷信號(hào)進(jìn)行定位后送入通道開(kāi)銷(xiāo)處理模塊,插入通道開(kāi)銷(xiāo),進(jìn)入段開(kāi)銷(xiāo)接入模塊。根據(jù)凈荷處理系統(tǒng)的要求,段開(kāi)銷(xiāo)的接入有兩種方式:A1、A2、D1～D3、E1、E2、F1等字節(jié)應(yīng)實(shí)現(xiàn)透明傳輸,因此FPGA應(yīng)對(duì)這部分字節(jié)進(jìn)行緩存,在發(fā)送端由TTOH引腳將存儲(chǔ)的開(kāi)銷(xiāo)接入;與凈荷有關(guān)的開(kāi)銷(xiāo)字節(jié)如B1、B2、H1、H2等，則應(yīng)由PM5313根據(jù)處理后的凈荷重新計(jì)算后直接接入,而不通過(guò)TTOH引腳接入。這兩種接入方式是通過(guò)對(duì)TTOHEN信號(hào)的控制實(shí)現(xiàn)的,具體方法是使TTOHEN引腳在某些段開(kāi)銷(xiāo)字節(jié)時(shí)為低電平。開(kāi)銷(xiāo)接入完成后,再經(jīng)過(guò)擾碼處理、并/串轉(zhuǎn)換處理等,由PM5313的串行數(shù)據(jù)輸出端口TXD+/-輸出到光收發(fā)模塊,經(jīng)過(guò)電光變換,恢復(fù)為光信號(hào)后繼續(xù)在SDH網(wǎng)上傳輸。
整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)統(tǒng)一控制。本系統(tǒng)中單片機(jī)采用89C52,主要完成對(duì)PM5313的初始化配置,同時(shí)通過(guò)對(duì)PM5313的中斷請(qǐng)求信號(hào)引腳INTB的監(jiān)控,及時(shí)對(duì)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。另外,該單片機(jī)還受凈荷處理系統(tǒng)中的主機(jī)控制,通過(guò)串口與主機(jī)通信,以便主機(jī)查詢并向主機(jī)報(bào)告重大異常,使凈荷處理主系統(tǒng)作出適當(dāng)處理。
系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)應(yīng)注意如下一些問(wèn)題:
·芯片內(nèi)部同時(shí)存在數(shù)字和模擬電路,設(shè)計(jì)PCB時(shí)應(yīng)將模擬電源和數(shù)字電源分開(kāi)以減少兩者之間的干擾。
·電源去耦應(yīng)嚴(yán)格參照芯片說(shuō)明。
·高速信號(hào)接口RXD+/-、TXD+/-速率為622.08Mbit/s,應(yīng)考慮微帶傳輸線,并且需要端接匹配負(fù)載。
通過(guò)對(duì)該STM-4凈荷處理系統(tǒng)接口電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試可以看到,PM5313可以對(duì)STM-4信號(hào)進(jìn)行時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)、開(kāi)銷(xiāo)處理、凈荷提取和接入等多種處理,工作方式多樣,開(kāi)銷(xiāo)和凈荷的提取和接入方便靈活,外圍電路簡(jiǎn)單實(shí)用,易于控制和改進(jìn),能夠很好地完成預(yù)期功能。
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參考文獻(xiàn)
1 韋樂(lè)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 PM5313 SPECTRA-622 SDH Payload Extractor/Aligner for 622Mbit/s Datasheet.Pmc-Sierra公司,2000
3 PM5313/PM5363 SPECTRA-622 WITH-TUPP-PLUS-622 Reference Design.Pmc-Sierra公司,1999
4 鄧忠禮，趙 暉.光同步數(shù)字傳輸系統(tǒng)測(cè)試.北京:人民郵電出版社,1998