光傳輸設(shè)備中背板業(yè)務(wù)總線的保護(hù)方法

1、丘正前，龐志勇，陳弟虎（中山大學(xué) 專 用集成電路 研究中心 ，廣 州 510275）要：提出了一種光傳輸設(shè)備中背板業(yè)務(wù)總線的 2: 5 保護(hù)方法。在 5 路 tfi - 5 總線的傳輸中，只需為其摘增加兩條冗余路徑，當(dāng)接收端接收到的 7 路信號(hào)中有任意 2 路信號(hào)出錯(cuò)時(shí)，都可以從剩余的 5 路信號(hào)中解碼出原來所要傳輸?shù)?5 路 tfi - 5 總線業(yè)務(wù)信號(hào)。設(shè)計(jì)了編解碼邏輯電路，經(jīng)測(cè)試表明該方法可以有效 地保護(hù)背板業(yè)務(wù)總線。關(guān)鍵詞 ：背板總線；2: 5 保護(hù)；冗余碼中圖分類號(hào) ：tn929.11文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ：a文章編號(hào) ：1002-5561（2010）04-0060-03a protectio

2、n method ofbackplane telecombus in optical transmission equipmentqiu zheng-qian, pang zhi-yong, chen di-hu(asic research and design center of sun yat-sen university, guangzhou 510275,china)abstract: a kind of 2:5 protection method of backplane telecombus in optical transmission equipment is presente

3、d. by adding two redundant paths to 5-way tfi-5 bus, the receiving end can decode from the remain- ing 5-way signal when any 2-way signal was broken. the encode and decode logic circuits were designed, the test shows that 2:5 protection method can protect backplane telecombus bus effectively.key wor

4、ds: backplane bus, 2:5 protect, redundant code0 引言在 光 傳 輸 設(shè) 備 中 ， 背 板 總 線 是 各 業(yè) 務(wù) 板 、 交 叉 板 及 其 它 功 能 板 之 間 通 信 的 公 共 通 道 ，背 板 總 線 的 性 能和系統(tǒng)設(shè)計(jì) 的復(fù)雜度增 加 。 另一種保 護(hù)方法是不 為所有 業(yè) 務(wù) 信 號(hào) 都 提 供 一 條 冗 余 路 徑 ，而 是 所 有 業(yè) 務(wù) 信 號(hào) 共 用 一 條 或 幾 條 冗 余 路 徑 ，當(dāng) 接 收 端 發(fā) 現(xiàn) 某 路 業(yè) 務(wù) 信號(hào) 劣 化 或 失 效 時(shí) ， 就 告 訴 發(fā) 送 端 ， 發(fā) 送 端 則 把 業(yè) 務(wù) 信號(hào)

5、 切 換 到 備 用 路 徑 上 去 傳 輸 。 這 種 方 法 也 有 一 個(gè) 缺 點(diǎn) ，從 接 收 端 發(fā) 現(xiàn) 業(yè) 務(wù) 信 號(hào) 劣 化 或 失 效 ， 到 發(fā) 送 端 把 業(yè) 務(wù) 信 號(hào) 切 換 到 備 用 路 徑 這 個(gè) 過 程 中 ，有 一 段 反 饋 時(shí)間 ，會(huì)造成這段 時(shí)間內(nèi)傳輸 的業(yè)務(wù)信號(hào) 丟失 。在一定 程度上保障 了光傳輸 設(shè)備的整體 傳輸性能 。背板 總 線 一 般 分 為 業(yè) 務(wù) 總 線 、勤 務(wù) 網(wǎng) 管 等 開 銷 總 線 和cpu 總 線 這 3 大 類1。其 中 業(yè) 務(wù) 總 線 是 光 傳 輸 系 統(tǒng) 中最 核 心 的 總 線 ，該 總 線 主 要 用 于 在 各

6、業(yè) 務(wù) 板 接 口 與 背板 、背 板 與 交 叉 板 接 口 之 間 傳 送 業(yè) 務(wù) 信 號(hào) 。業(yè) 務(wù) 板 接收 到 的 所 有 業(yè) 務(wù) 信 號(hào) 都 要 經(jīng) 過 背 板 業(yè) 務(wù) 總 線 才 能 傳送 到 交 叉 板 進(jìn) 行 交 叉 處 理 ， 因 此 ， 一 旦 背 板 業(yè) 務(wù) 總 線 發(fā) 生 故 障 ，必 將 影 響 到 整 個(gè) 系 統(tǒng) 的 傳 輸 能 力 。 隨 著 現(xiàn) 代 科 學(xué) 技 術(shù) 的 飛 速 發(fā) 展 ，通 信 系 統(tǒng) 對(duì) 傳 輸 網(wǎng) 絡(luò) 的 容 量需 求 越 來 越 大 ，大 的 傳 輸 容 量 必 然 也 對(duì) 傳 輸 設(shè) 備 的 可 靠 性 要 求 也 越 來 越 高 。 為

7、 了 提 高 光 傳 輸 設(shè) 備 的 可 靠 性 ，要 對(duì) 系 統(tǒng) 中 的 背 板 業(yè) 務(wù) 總 線 進(jìn) 行 保 護(hù) 。 通 常 的 保護(hù)方法是 添加冗余路 徑 ，如 1+1 保護(hù)2。 但是，1+1 保護(hù) 要 為 每 路 業(yè) 務(wù) 信 號(hào) 都 添 加 一 個(gè) 冗 余 路 徑 ，使 系 統(tǒng) 成 本1 2:5 總線保護(hù)算法采 用 2:5 的 保 護(hù) 方 式 ，即 指 傳 送 5 路 業(yè) 務(wù) 信 號(hào) 時(shí) ，只 需 為 其 增 加 2 條 冗 余 路 徑 ， 共 傳 輸 7 路 業(yè) 務(wù) 信 號(hào) 。如 果 這 7 路 業(yè) 務(wù) 信 號(hào) 中 有 任 意 2 路 或 少 于 2 路 失 效 ，都可以在接 收端恢復(fù)

8、出 原來所傳送 的 5 路業(yè)務(wù)信 號(hào) 。圖 1 為 2:5 保護(hù)結(jié) 構(gòu)框圖 。 保護(hù) 原理如下 ：首 先在 發(fā) 送 端 對(duì) 5 路 業(yè) 務(wù) 信 號(hào) 進(jìn) 行 分 組 編 碼 ， 產(chǎn) 生 冗 余 碼 。冗 余 碼 和 原 來 的 業(yè) 務(wù) 信 號(hào) 數(shù) 據(jù) 重 新 組 合 后 ，分 布 得 到7 路信 號(hào) ，發(fā)送到 7 塊 交叉板進(jìn) 行交叉處理 。 接收端從收 稿 日 期 ：2010-01-08?；?金 項(xiàng) 目 ：廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目 (2007b060401051) 資 助 ；珠 海 市 科 技 計(jì) 劃 項(xiàng) 目(pc20061002)資 助 。作 者 簡(jiǎn) 介 ：丘 正 前 （1984-），男 ，碩 士

9、 研 究 生 ，主要研究方向?yàn)?集 成 電 路7 塊 交 叉 板 上 接 收 到 7 路 信 號(hào) ，檢 測(cè) 每 路 信 號(hào) 是 否 出錯(cuò) 。 如 果 7 路 信 號(hào) 都 正 常 ，則 直 接 從 7 路 信 號(hào) 中 獲 取意 2 路 信 號(hào) 出 錯(cuò) ，則 丟 棄 出 錯(cuò) 的 信 號(hào) ，從 剩 余 的 5 路信 號(hào)中解碼恢 復(fù)出正確 的 5 路業(yè)務(wù)信 號(hào)的數(shù)據(jù) 。分布方式 。 業(yè) 務(wù)數(shù)據(jù)在編 碼前的 5 路信 號(hào)中可以是 任意 排 列 的 ，本 文 按 圖 3 所 示 的 方 式 按 順 序 排 列 。編 碼后 業(yè) 務(wù) 數(shù) 據(jù) 和 冗 余 碼 在 7 路 信 號(hào) 中 的 分 布 ，不 是 任 意

10、一種排 列方式在接 收端都能 夠?qū)崿F(xiàn)解碼 。 除業(yè)務(wù)數(shù)據(jù) 本 身 外 ， 還 有 2 個(gè) 冗 余 碼 包 含 了 該 業(yè) 務(wù) 數(shù) 據(jù) 的 信 息 。若 這 3 個(gè) 數(shù) 據(jù) 分 布 在 同 一 路 信 號(hào) 上 ，則 這 一 路 信 號(hào) 失 效 后 就 不 再 有 其 它 數(shù) 據(jù) 包 含 該 業(yè) 務(wù) 數(shù) 據(jù) 的 信 息 ，則 無(wú)法實(shí)現(xiàn)解碼 。 因此應(yīng)該把 該業(yè)務(wù)數(shù) 據(jù)和包含該 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息的 2 個(gè) 冗余碼錯(cuò)開 分布到各路 信號(hào)中去 。冗 余圖 1 2:5 保 護(hù) 結(jié) 構(gòu) 框 圖碼 承 載 了 多 個(gè) 業(yè) 務(wù) 數(shù) 據(jù) 的 信 息 ，也 不 能 把 2 個(gè) 冗 余 碼放 在 同 一 路 信 號(hào) 中

11、，應(yīng) 該 把 冗 余 碼 平 均 分 布 到 各 路 信在 發(fā) 送 端 對(duì) 5 路 業(yè) 務(wù) 信 號(hào) 進(jìn) 行 分 組 編 碼 時(shí) ，從 每路 信 號(hào) 上 取 3 個(gè) 業(yè) 務(wù) 數(shù) 據(jù) ， 總 共 15 個(gè) 業(yè) 務(wù) 數(shù) 據(jù) 為 一號(hào) 中 。如 把 p0p5 分 布 在 第 05 路 信 號(hào) 中 ，如 圖 3 所示。 在符合上 述條件下 ，剩 余的 15 個(gè)業(yè)務(wù) 數(shù)據(jù)還有 多組 進(jìn) 行 編 碼 ，編 碼 產(chǎn) 生 6 個(gè) 冗 余 碼 。冗 余 碼 加 上 業(yè) 務(wù)種分布方法 。我們可以編 寫程序計(jì)算 搜索出所有 可以數(shù) 據(jù) 共 有 21 個(gè) 數(shù) 據(jù) ， 恰 好 可 以 分 布 在 7 路 信 號(hào) 中 進(jìn)行

12、傳輸 。 分組 編碼方法如 圖 2 所示。 設(shè)六 邊形的 6 個(gè) 頂 點(diǎn) 為 6 個(gè) 所 要 產(chǎn) 生 的 冗 余 碼 ， 表 示 為 ：p0、p1、p2、p3、p4、p5。 設(shè) 六 邊 形 的 邊 和 對(duì) 角 線 為 業(yè) 務(wù) 數(shù) 據(jù) ，它 們 分 別 表 示 為 ：d01、d02、d03、d04、d05、d12、d13、d14、實(shí)現(xiàn)解碼的 分布 。 15 個(gè)數(shù)據(jù) 的全排列共 有 15! （15 的階 乘 ）種 ，編 寫 程 序 逐 個(gè) 計(jì) 算 在 每 一 種 排 列 方 式 下 ，當(dāng)7 路 信 號(hào) 中 任 意 錯(cuò) 2 路 后 接 收 端 是 否 可 以 實(shí) 現(xiàn) 解 碼 。經(jīng)計(jì)算 ，15! 種排

13、列中總 共有 960 種排 列方式可以 實(shí)現(xiàn)解碼。我們可 以任取其一 種 ，排列情況 如圖 3 所示。把 連 接 到 該 頂 點(diǎn)d15、d23、d24、d25、d34、d35、d45。的 邊 和 對(duì) 角 線 所 代 表 的 業(yè) 務(wù) 數(shù) 據(jù) 相 異 或 ，所 得 到 的 值即 為 該 冗 余 碼 的 值4。 如 此 編 碼 方 法 可 以 確 保 每 個(gè) 冗 余 碼 都 承 載 了 均 等 的 業(yè) 務(wù) 數(shù) 據(jù) 的 信 息 ，每 個(gè) 業(yè) 務(wù) 數(shù) 據(jù)都 被 編 碼 了 兩 次 ，是 非 常 對(duì) 稱 的 一 種 編 碼 方 式 。碼算法示意 圖可以得到 編碼公式為 ：由 編p0=d01d02d03d0

14、4d05p1=d01d12d13d14d15p2=d02d12d23d24d25p3=d03d13d23d34d35p4=d04d14d24d34d45p5=d05d15d25d35d45（1）（2）（3）（4）（5）（6）圖 3編碼數(shù)據(jù)在各路信號(hào)中的分布 解 碼 方 法 為 式 （1）式 （6）所 示 的 方 程 組 。 在 圖 3所 示 的 分 布 方 式 下 ，當(dāng) 7 路 信 號(hào) 有 2 路 信 號(hào) 出 錯(cuò) 后 ，若 有 4 個(gè) 業(yè) 務(wù) 數(shù) 據(jù) 出 錯(cuò) （如 第 0、1 路 信 號(hào) 出 錯(cuò) ），則 錯(cuò)了 2 個(gè) 冗 余 碼 ，還 有 4 個(gè) 冗 余 碼 是 完 好 的 ，即 有 4 個(gè)

15、方程可 以解出 4 個(gè) 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù) 。 若 有 5 個(gè)業(yè)務(wù)數(shù) 據(jù)出錯(cuò)（如 第 0、6 路 信 號(hào) 出 錯(cuò) ），則 只 錯(cuò) 了 1 個(gè) 冗 余 碼 ，還 有 5個(gè) 冗 余 碼 是 完 好 的 ，即 有 5 個(gè) 方 程 可 以 解 出 5 個(gè) 業(yè) 務(wù) 數(shù)據(jù)。 7 路信號(hào) 任意錯(cuò) 2 路 有 21 種情況,根 據(jù)公式(1)式（6）分別對(duì)這 21 種情況進(jìn)行 解方程 。 如第 0、1 路信 號(hào)出錯(cuò)后 ，根 據(jù)式 （3）式（6）可解 得 ：d34=p4d04d14d24d45，d25=p5d05d15d35d45，d03=p3d13d23d35p4d04d14d24d45，圖 2編碼算法示意圖 編 碼 公

16、 式 確 定 后 ，即 可 以 據(jù) 公 式 計(jì) 算 得 到 冗 余碼 。 下一步是確 定業(yè)務(wù)數(shù) 據(jù)和冗余碼 在各路信號(hào) 中的輪輯訛2010 年 第 4 期所 需 的 數(shù) 據(jù) ，把 選 中 的 數(shù) 據(jù) 輸 入 陣 列 中 進(jìn) 行 異 或 運(yùn)d12=p2d02d23d24p5d05d15d35d45。其它情況以 此類推 ，不再 贅述 。算 ，則 可 以 解 碼 恢 復(fù) 出 業(yè) 務(wù) 數(shù) 據(jù) 。位 置 調(diào) 整 模 塊 則 把解 碼 到 的 業(yè) 務(wù) 數(shù) 據(jù) 按 照 圖 3 所 示 的 編 碼 前 的 順 序 輸出。設(shè) 計(jì) 中 采 用 verilog 硬 件 描 述 語(yǔ) 言 進(jìn) 行 邏 輯 電 路 的 設(shè)

17、 計(jì) ，用 vcs 對(duì) verilog rtl 代 碼 進(jìn) 行 功 能 仿 真 ，用 systemverilog 構(gòu) 建 了 完 整 的 測(cè) 試 平 臺(tái) 6，對(duì) 所 有 任 意 2 路 總 線 信 號(hào) 失 效 的 情 況 進(jìn) 行 了 測(cè) 試 ，功 能 覆 蓋 率 達(dá) 到100%。 仿真結(jié)果表 明 ，有任意 2 路 總線信號(hào)失 效 ，解碼 模 塊 都 能 夠 解 碼 恢 復(fù) 出 原 來 的 5 路 業(yè) 務(wù) 數(shù) 據(jù) 。 本 2:5 總 線保護(hù)模塊 為 otu 業(yè)務(wù)處 理芯 片 的 一 個(gè) 模 塊 ，設(shè) 計(jì) 中用 synplify 和 ise 相結(jié) 合對(duì)全芯片 的 rtl 代 碼 進(jìn) 行 綜 合 和

18、 布 局 布 線7，采 用 xilinx 的 xc5vlx110t 器 件 。 在 fpga 上 進(jìn)行測(cè)試 ，拔 掉任意 2 塊 交叉板 ，傳 輸 的 業(yè)2 2:5 總線保護(hù)的電路實(shí)現(xiàn)系 統(tǒng) 中 背 板 業(yè) 務(wù) 總 線 為 tfi-53總 線 ，每 路 tfi-5 總線速率為 2.488gb/s。 業(yè)務(wù)板把光 傳輸業(yè)務(wù)信 號(hào)映射 到 5 路 tfi-5 總線上 ，然后進(jìn)行 2:5 總 線保編碼 。 編 碼電路如圖 4（a）所 示。 一個(gè)數(shù)據(jù) 緩存模塊用 來緩存 5 路 tfi-5 總 線 上 的 業(yè) 務(wù) 數(shù) 據(jù) 。 tfi-5 2.488gb/s（sts-48） 的 幀 結(jié) 構(gòu) 和 stm-1

19、6 一 樣 可 以 分 為 16 個(gè) 時(shí) 隙3,5，因 此2:5 保 護(hù) 編 碼 必 須 取 同 一 個(gè) 時(shí) 隙 中 的 3 個(gè) 業(yè) 務(wù) 數(shù) 據(jù) 進(jìn)行 編 碼 。 冗 余 碼 計(jì) 算 模 塊 根 據(jù) 式 （1）式 （6）計(jì) 算 冗 余 碼 。 得 到 冗 余 碼 后 ，位 置 調(diào) 整 模 塊 把 業(yè) 務(wù) 數(shù) 據(jù) 和 冗 余碼 按 圖 3 所 示 的 順 序 發(fā) 送 到 7 路 信 號(hào) 上 傳 送 給 交 叉 板進(jìn) 行交叉處 理 。接收端的解 碼 模 塊 電 路 結(jié) 構(gòu) 框 圖 如 圖 4（b）所 示 。一個(gè) 數(shù)據(jù)緩存模 塊用來緩 存從 7 路 tfi-5 總線 上接收 到 的 數(shù) 據(jù) ，同 樣

20、 因 為 tfi-5 2.488gb/s（sts-48）的 幀 結(jié)構(gòu) 是 分 時(shí) 隙 的 ， 因 此 ， 需 要 取 同 一 個(gè) 時(shí) 隙 中 的 3 個(gè) 數(shù)據(jù)進(jìn)行 解碼 。 錯(cuò)誤收 集模塊監(jiān)測(cè) 7 路 tfi-5 總線的每 一 個(gè) 幀 ，判 斷 哪 路 總 線 是 正 常 的 ， 哪 路 總 線 是 劣 化 或務(wù) 信 號(hào) 均 無(wú) 誤 碼 ，功能 。表 明 本 設(shè) 計(jì) 實(shí) 現(xiàn) 了 2:5 總 線 保 護(hù) 的3 結(jié)束語(yǔ)光 傳 輸 設(shè) 備 對(duì) 背 板 業(yè) 務(wù) 總 線 有 很 高 的 可 靠 性 要求 ，對(duì) 此 本 文 提 出 一 種 背 板 業(yè) 務(wù) 總 線 的 2:5 保 護(hù) 方 法 ， 能 夠 實(shí)

21、 現(xiàn) 保 護(hù) 倒 換 無(wú) 業(yè) 務(wù) 損 失 ，可 以 對(duì) 業(yè) 務(wù) 總 線 每 個(gè) 通 道 進(jìn) 行 通 道 級(jí) 的 保 護(hù) 和 對(duì) 整 個(gè) 交 叉 板 進(jìn) 行 板 級(jí) 的 保 護(hù) 。 相 比 1+1 保 護(hù) 方 法 ，2:5 保 護(hù) 有 更 好 的 保 護(hù) 性 能，同時(shí)只需 2 條冗余路徑 ，更加節(jié)省 硬件資源 。失效的 。判 斷方法是 根據(jù)每路 tfi-5 總 線上是否有 比特 誤 碼3,5，或 根 據(jù) 交 叉 板 和 對(duì) 端 業(yè) 務(wù) 板 插 入 的 開 銷 字節(jié)來判斷 ，也 可 以 由 cpu 直 接 配 置 選 擇 哪 5 路 總 線 進(jìn)行解碼 。解 碼模塊由 15 個(gè) 異或陣列 組成 ，每

22、個(gè)業(yè) 務(wù)數(shù)據(jù) 對(duì) 應(yīng) 一 個(gè) 陣 列 。 每 個(gè) 異 或 陣 列 有 21 個(gè) 數(shù) 據(jù) 選 擇 輸入端，連接到 從 7 路總線 上接收到的 所有數(shù)據(jù) 。 然 后，根 據(jù) 錯(cuò) 誤 收 集 模 塊 判 斷 的 哪 路 信 號(hào) 失 效 來 選 擇 解 碼參考文獻(xiàn) ：1 吳 振 峰 ，鄧 穎 輝 ，袁 云 飛 ，等. 基 于 stm-4 的 sdh 背板總線的研究與 設(shè) 計(jì). 光 通 信 技 術(shù) ，2008，32(6): 54-56.2 王 麗 慧 ，賴 志 昌. 一 種 sdh 設(shè) 備 光 線 路 板 11 保 護(hù) 方 案 . 光 通 信 技 術(shù) ，2005，29(8):39-40.3 oif-tfi5-0.1.0.tdm fabric to framer int