Design of Optical Interface in Digital Switching System
中國(guó)人民解放軍信息工程大學(xué) 汪瑾
摘 要：本文介紹了程控交換機(jī)中一種SDH光接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，并簡(jiǎn)要說明了設(shè)計(jì)的背景及意義。
關(guān)鍵詞：SDH光接口；E1映射；解映射；成幀；鏈路交叉
引 言
隨著現(xiàn)代電信網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，同步數(shù)字傳輸體系SDH已經(jīng)成為當(dāng)前電信網(wǎng)的主導(dǎo)傳輸機(jī)制，以SDH為承載基礎(chǔ)的傳送網(wǎng)也逐漸成為通信網(wǎng)建設(shè)的主導(dǎo)方向。對(duì)當(dāng)前電信運(yùn)營(yíng)商而言，SDH設(shè)備是最根本的基礎(chǔ)設(shè)施之一。
SDH標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)
SDH主要有三條特點(diǎn)：同步復(fù)用、標(biāo)準(zhǔn)光接口和強(qiáng)大的網(wǎng)管能力。
為了使程控交換機(jī)能夠在公共傳輸網(wǎng)上傳輸信號(hào)，SDH光接口為此提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的光信號(hào)，通過光纖傳輸，與其他終端互聯(lián)，這樣各個(gè)終端的協(xié)議不必統(tǒng)一。同時(shí)，由于光纖通信的網(wǎng)絡(luò)容量大、速度快、性能好，其廉價(jià)的通信、優(yōu)良的帶寬特性正使之成為電信網(wǎng)的主要傳輸手段。
由于用一個(gè)光接口代替了大量的電接口，因而通過SDH所傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)信息，可以不必經(jīng)過常規(guī)準(zhǔn)同步系統(tǒng)所具有的一些中間背靠背電接口，而直接經(jīng)光接口通過中間節(jié)點(diǎn)，省去了大量相關(guān)電路單元和跳線光纜，使網(wǎng)絡(luò)可用性和誤碼性能都得到改善。
SDH信號(hào)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)已經(jīng)考慮了網(wǎng)絡(luò)傳輸和交換應(yīng)用的最佳性，因而在電信網(wǎng)的各個(gè)部分(長(zhǎng)途、中繼和接入網(wǎng))中都能提供簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)和靈活的信號(hào)互連及管理，使得傳統(tǒng)電信網(wǎng)各個(gè)部分的差別正在漸漸消失，彼此的直接連接變得十分簡(jiǎn)單和有效。
設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
內(nèi)置式SDH光中繼接口板(以下簡(jiǎn)稱SDH光接口板)為交換設(shè)備提供STM-1速率的光接口，工作于終端復(fù)用器TM模式，用作緊湊型的內(nèi)置SDH光傳輸系統(tǒng)。能夠靈活地上下2M業(yè)務(wù)，支持最多上下全部63個(gè)2M業(yè)務(wù)，所有業(yè)務(wù)通過8M H-MVIP(High Density Multi-Vendor Integration Protocol，多廠家集成協(xié)議)總線與系統(tǒng)的交換網(wǎng)絡(luò)相連。
設(shè)計(jì)原理
設(shè)計(jì)采用了ITU-T G707標(biāo)準(zhǔn)中的子復(fù)用結(jié)構(gòu)，正好實(shí)現(xiàn)從E1鏈路到STM-1幀的轉(zhuǎn)換，見圖1。
圖1 單板采用的SDH復(fù)用結(jié)構(gòu)(略)
SDH光接口板為數(shù)字中繼處理機(jī)及接口板，它是下掛在主處理機(jī)下的一種子處理機(jī)，在系統(tǒng)中可根據(jù)網(wǎng)上要求配置多塊，各自獨(dú)立工作。
SDH光接口板單板為交換系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)155M SDH光接口，并支持單板最多上下63個(gè)2M業(yè)務(wù)，提供RS232接口用于調(diào)試，提供與主處理機(jī)的共享信箱，實(shí)現(xiàn)主處理機(jī)與SDH光接口板處理機(jī)之間的通信。
單板在交換系統(tǒng)中的位置如圖2所示。
圖2 單板在系統(tǒng)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(hào)經(jīng)光收模塊完成光/電變換后轉(zhuǎn)換為155M/s的差分信號(hào)，再對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行時(shí)鐘恢復(fù)和數(shù)據(jù)的提取、串/并變換、解擾碼、段開銷處理及B1、B2的計(jì)算，高階通道開銷處理。然后將接收信號(hào)中的VC-4凈荷輸出，從VC-4凈荷中提取2M業(yè)務(wù)信號(hào)，進(jìn)行成幀處理及2M鏈路的交叉調(diào)整后驅(qū)動(dòng)上背板。
圖3 單板的總體結(jié)構(gòu)(略)
同樣，來自背板的HMVIP信號(hào)經(jīng)過驅(qū)動(dòng)后首先進(jìn)行2M鏈路的交叉調(diào)整,然后進(jìn)行成幀處理和映射到VC-4中，加上開銷字節(jié)、指針處理，由光發(fā)模進(jìn)行電/光變換后發(fā)送出去。
硬件設(shè)計(jì)
SDH光接口板單板包括8個(gè)模塊：CPU及控制模塊，共享信箱模塊，光電/電光轉(zhuǎn)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(wǎng)絡(luò)模塊，背板驅(qū)動(dòng)電路模塊，時(shí)鐘模塊，電源模塊。
CPU及控制模塊：該模塊圍繞CPU構(gòu)成，主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)單板的控制。該模塊包含MC68360(高檔單片機(jī))、RS232(串口)、29F040(FLASH)、HM628512FP(RAM)、MAX3064(EPLD)、ACEXEP1K30(FPGA)、74HCT245(總線驅(qū)動(dòng)器)。結(jié)構(gòu)圖如圖4。
圖4 CPU及控制模塊結(jié)構(gòu)(略)
共享信箱模塊:該模塊為單板與MP之間提供一個(gè)大小為16K的雙端口RAM作為共享信箱。
光電/電光轉(zhuǎn)換模塊: 該模塊將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送給PM5342，同時(shí)將從PM5342來的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。
開銷指針處理模塊: 該模塊主要有STM-1的再生段開銷、復(fù)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(wǎng)絡(luò)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(yè)務(wù)信號(hào)與背板鏈路之間的靈活交叉以及從一個(gè)155M的63各2M中任意選擇部分2M業(yè)務(wù)上下。
背板驅(qū)動(dòng)電路模塊：背板驅(qū)動(dòng)電路是SDH光接口板單板與04交換機(jī)的接口電路，完成背板信號(hào)與本板信號(hào)之間的隔離和驅(qū)動(dòng)。
時(shí)鐘模塊:時(shí)鐘模塊主要完成為本板提供19.44M的SDH工作時(shí)鐘的功能，該時(shí)鐘同時(shí)就是本板光口的發(fā)送時(shí)鐘。
電源模塊：?jiǎn)伟宓碾娫磥碜员嘲宓?V，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(zhuǎn)換。
本單板采用1個(gè)2mmA和1個(gè)2mmB插座與背板相連，背板為單板提供時(shí)序信號(hào)、控制信號(hào)、地址信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)、板位識(shí)別信號(hào) 、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(shí)標(biāo)。
為了實(shí)現(xiàn)單板與主機(jī)之間的通信，本設(shè)計(jì)中使用了一個(gè)雙端口RAM作為共享信箱。
軟件設(shè)計(jì)
軟件的設(shè)計(jì)采用68K系列單片機(jī)的匯編語言，主要分為兩個(gè)部分：ROM程序的設(shè)計(jì)以及RAM程序的設(shè)計(jì)。
ROM程序
主要完成對(duì)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(duì)外圍器件的檢測(cè)；RAM程序的加載。
ROM程序分為引導(dǎo)和調(diào)試程序，引導(dǎo)程序位于flash中，用于單板的上電復(fù)位。68360CPU上電時(shí)自動(dòng)從0地址處取系統(tǒng)堆棧值SSP和PC值，完成CPU初始化、ROM、RAM、DRAM的測(cè)試及專用芯片初始化、專用芯片的測(cè)試、HDLC環(huán)回測(cè)試，并打印測(cè)試結(jié)果，完成引導(dǎo)功能。
程序流程圖見圖5。
另外，按下單板上手動(dòng)ABORT按鈕即可進(jìn)入68K提供的編程和操作環(huán)境TUTOR，在TUTOR下可實(shí)現(xiàn)監(jiān)控/調(diào)試，匯編/反匯編，程序輸入，I/O控制等功能。單板調(diào)試程序起始地址是$40000，在TUTOR下輸入 G 40000可進(jìn)入調(diào)試程序。
單板調(diào)試程序?yàn)閱伟逶谏a(chǎn)中提供工藝檢測(cè)方法和手段，基于人機(jī)對(duì)話模式，CPU通過串口接收鍵盤輸入，調(diào)試程序根據(jù)鍵盤輸入跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的流程。
程序流程圖如圖6。
圖5 引導(dǎo)程序流程圖(略)
RAM程序
RAM程序即運(yùn)行主程序，完成對(duì)外圍芯片的驅(qū)動(dòng)，正確完成對(duì)主機(jī)命令的響應(yīng)，如各種復(fù)位命令、數(shù)據(jù)配置命令、性能采集命令以及各種在線測(cè)試命令；實(shí)現(xiàn)與主機(jī)的交互；實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)通過外接串口進(jìn)行維護(hù)觀察的功能；實(shí)現(xiàn)對(duì)各種接口的掃描，上報(bào)告警、申請(qǐng)封鎖相應(yīng)鏈路，統(tǒng)計(jì)各接口的性能指標(biāo)；此外還要做運(yùn)行檢查。
系統(tǒng)進(jìn)行光口配置后，就可以將單板插入指定的板位，此時(shí)單板上電、復(fù)位，進(jìn)行CPU初始化，單板自檢。
自檢通過后，報(bào)復(fù)位正常，由主機(jī)通過HMVIP鏈路開始對(duì)SDH光接口板單板進(jìn)行程序加載，單板通過雙口RAM使用接口協(xié)議與主機(jī)進(jìn)行交互式通訊，完成主機(jī)的各種命令響應(yīng)，通訊的內(nèi)容主要為：
圖6 調(diào)試程序流程圖(略)
(1)由主機(jī)下達(dá)的系統(tǒng)命令，SDH配置數(shù)據(jù)庫(kù)等；
(2)SDH光接口板板上報(bào)給主機(jī)的命令回答，和運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)。
單板加載正常后，初始化SDH數(shù)據(jù)區(qū)及ASIC，進(jìn)行2M鏈路時(shí)隙配置。
完成初始化工作后，單板依次執(zhí)行系統(tǒng)命令處理，維護(hù)觀察，SDH、PDH接口終端掃描，和運(yùn)行檢查等工作。
當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，由看門狗進(jìn)行復(fù)位，系統(tǒng)再次啟動(dòng)。
結(jié)束語
PM8316以及PM5342等專用芯片寄存器的設(shè)置是該設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)，這兩個(gè)專用芯片完成了對(duì)信號(hào)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(hào)的告警性能的上報(bào)與采集也是單板軟件設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)，這是進(jìn)行控制及維護(hù)的重要手段和依據(jù)，設(shè)計(jì)中采用了3個(gè)全局循環(huán)計(jì)數(shù)器，有1秒計(jì)數(shù)器、1分鐘計(jì)數(shù)器以及15分鐘計(jì)數(shù)器，不僅供本函數(shù)及其它函數(shù)使用：如為性能超限告警提供記時(shí)基準(zhǔn)，為點(diǎn)亮運(yùn)行燈函數(shù)提供記時(shí)基準(zhǔn)等等。此函數(shù)做了各接口的10毫秒、1秒鐘、1分鐘、15分鐘的性能統(tǒng)計(jì)，以供性能采集命令之用，以及性能超限形成相應(yīng)的告警之用。
