SDH同步網(wǎng)中光電轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

1、Equipment Manufactring Technology No.10,2007收稿日期:2007-08-09作者簡介:汪少沖(1955,男,廣東南海人,柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系教講師,從事計算機(jī)控制技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信教學(xué)與科研工作;馬立軍(1970,男,廣西柳州人,柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子電氣工程系工程師,從事計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信工作。SDH 同步網(wǎng)中光電轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)汪少沖,馬立軍(柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣西柳州545006摘要:在分析SDH 同步網(wǎng)技術(shù)和同步時鐘的控制方式后,提出SDH 同步網(wǎng)中光電轉(zhuǎn)換模塊硬件系統(tǒng)的設(shè)計方案,從邏輯上進(jìn)行了模塊劃分并確定了各個模塊要實(shí)現(xiàn)的功能,詳細(xì)介

2、紹了關(guān)鍵芯片選取的型號和特征,重點(diǎn)分析了CPU 和控制電路的具體實(shí)現(xiàn)方案,對其它相關(guān)模塊的硬件實(shí)現(xiàn)也作了論述。關(guān)鍵詞:SDH ;光電轉(zhuǎn)換;芯片;同步;控制電路中圖分類號:TN79文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1672-545X(200710-0046-02SDH 同步數(shù)字傳輸體制是上世紀(jì)80年代末、90年代初推出的新一代光傳輸體制,1988年ITU 推出了SDH 標(biāo)準(zhǔn)(光同步傳輸體系,制定了光傳輸?shù)膸Y(jié)構(gòu)(數(shù)據(jù)封裝結(jié)構(gòu)和傳輸速率標(biāo)準(zhǔn),從理論上為國際光纖網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)制定了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),促進(jìn)了電信網(wǎng)絡(luò)的全球化。在數(shù)字通信發(fā)展初期,異步數(shù)字系列(PDH 起到很大作用,使數(shù)字復(fù)用設(shè)備能先于數(shù)字交換設(shè)備得到開發(fā)。但

3、在數(shù)字網(wǎng)技術(shù)迅速發(fā)展的今天,這種基于點(diǎn)對點(diǎn)的體制正暴露出一些固有的弱點(diǎn)。SDH 的問世之所以被稱為是通信傳輸體制上的重大變革,皆因其具有PDH 所不及的如下許多優(yōu)點(diǎn)。SDH 對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了統(tǒng)一的規(guī)范,其包括數(shù)字速率等級、幀結(jié)構(gòu)、復(fù)接方法、線路接口、監(jiān)控管理等。這就使得SDH 易于實(shí)現(xiàn)多廠商環(huán)境下操作,即同一條線路上可以安裝不同廠家的設(shè)備,這體現(xiàn)了橫向兼容性。SDH 信號的基本傳輸可以容納北美、日本和歐洲的準(zhǔn)同步數(shù)字系列;包括1.5、2、63、34、45及140M bit/s 在內(nèi)的PDH 速率信號均可裝入“虛容器”,然后經(jīng)復(fù)接安插到155.52M bit/s 的SDH STM -1信號幀的凈

4、荷內(nèi),使新的SDH 能支持現(xiàn)有的PDH ,順利地從PDH 向SDH 過渡,體現(xiàn)了后向兼容性;SDH 設(shè)備是智能化的設(shè)備,兼有終結(jié)、分/插復(fù)用和交叉連接功能,它可以通過遠(yuǎn)程控制靈活地組網(wǎng)和管理。由于對網(wǎng)管設(shè)備的接口進(jìn)行了規(guī)范,使不同廠家的網(wǎng)管系統(tǒng)互聯(lián)成為可能;SDH 的網(wǎng)同步和靈活的復(fù)用方式簡化了數(shù)字交叉連接功能的實(shí)現(xiàn);SDH 不僅構(gòu)成了世界性統(tǒng)一的NNI 接口的基礎(chǔ),而且也能與世界性統(tǒng)一的UNI 接口協(xié)調(diào);最后,采用了同步復(fù)用方式和靈活的復(fù)用映射結(jié)構(gòu),因而只需利用軟件即可使高速信號一次直接分插出低速支路信號,這樣既不影響別的支路信號,又避免了需要對全部高速復(fù)用信號進(jìn)行解復(fù)用的做法,省去了全套背

5、靠背復(fù)用設(shè)備,使上、下業(yè)務(wù)十分容易,并省去了大量的電接口,簡化了運(yùn)營操作。1系統(tǒng)分析與總體方案設(shè)計本文中選取外部時鐘信號作為本站低速信號的時鐘同步源。同樣其也有兩個方向的同步源,但它與高速設(shè)備的時鐘方式不同,其可以任選一個方向的時鐘信號作為低速設(shè)備的同步源。當(dāng)主時鐘站的外部時鐘劣化時,本地的時鐘會自動進(jìn)入Holdover 狀態(tài)或下一級別的時鐘狀態(tài),并產(chǎn)生時鐘告警。Holdover 狀態(tài)會令網(wǎng)絡(luò)的時鐘在24h 內(nèi)以相同于外部時鐘的精度運(yùn)行,超過24h 時就會逐漸劣化成Free running 。SDH 凈負(fù)荷部分肯定不能傳時鐘信號,因?yàn)镾DH 凈負(fù)荷使用了指針調(diào)整的技術(shù)(事實(shí)上,規(guī)范規(guī)定不能傳,

6、如果要傳,要求在24h 內(nèi),指針調(diào)整次數(shù)小于5次;SDH 再生段開銷可以傳時鐘信號,實(shí)際上,SDH 系統(tǒng)同步時鐘就是通過再生段開銷來提取時鐘。并且插入時鐘等級的信息;一般從正常運(yùn)行的SDH 下來的業(yè)務(wù),線路提取時鐘的誤差也不大,用于接入網(wǎng)設(shè)備性能要好于設(shè)備的內(nèi)部時鐘。所以,一般2M 等級的業(yè)務(wù)很少考慮時鐘的問題,直接設(shè)為線路提取。根據(jù)以上分析,系統(tǒng)的同步設(shè)計方案如下:時鐘模塊在正常工作時,具有三種工作模式,即跟蹤、保持和自由振蕩。時鐘模塊的跟蹤工作模式:當(dāng)時鐘模塊檢測到跟蹤后的時鐘基準(zhǔn)源可用時,時鐘模塊即進(jìn)入跟蹤工作模式。它通過一套閉環(huán)鑒頻鎖相環(huán)控制方案,使本板輸出時鐘鎖定所跟蹤的時鐘基準(zhǔn)源。

7、即得本板輸出的時鐘與基準(zhǔn)源的時鐘同步,當(dāng)主板時鐘進(jìn)入鎖定狀態(tài)時,時鐘模塊開始將此時鑒頻鎖相的控制數(shù)據(jù)實(shí)時保存到內(nèi)部的存儲器中,以被跟蹤的時鐘基準(zhǔn)源丟失時使用。存儲器具有24h 控制數(shù)據(jù)的存儲容量,采取循環(huán)存儲方法,超過24h 的控制數(shù)據(jù)將覆蓋舊的數(shù)據(jù)。時鐘模塊的保持工作模式:當(dāng)可跟蹤的全部時鐘基準(zhǔn)源都丟失的情況下,時鐘模塊進(jìn)入保持工作模式。此時,時鐘板利用在跟蹤模式下所保存的數(shù)據(jù)未維持對本板時鐘的控制,使本板輸出時鐘仍然滿足系統(tǒng)運(yùn)行的要求。保持記憶功能的最大優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)網(wǎng)元基準(zhǔn)時鐘源發(fā)生短時間丟失時,將不會對系統(tǒng)時鐘產(chǎn)生大的影響,避免同步光傳輸產(chǎn)生較大的指針調(diào)整,從而保證了系統(tǒng)工作狀態(tài)的連續(xù)性。當(dāng)

8、設(shè)備工作在保持模式下,容易產(chǎn)生指針的頻繁調(diào)整,所以還應(yīng)裝備制造技術(shù)2007年第10期 下轉(zhuǎn)第53頁利用“性能監(jiān)控”功能及時發(fā)現(xiàn)問題。時鐘模塊的自由振蕩工作模式:當(dāng)所跟蹤的統(tǒng)一時鐘基準(zhǔn)源丟失超過24h 或跟蹤模式下儲存的控制數(shù)據(jù)以被取空,則時鐘由保持工作模式進(jìn)入到自由振蕩工作模式。此時,時鐘模塊的輸出時鐘精度將直接取決于本板時鐘。時鐘模塊通過直接控制本板的時鐘晶振,使其輸出時鐘頻率被限制在一定的頻偏范圍內(nèi)。圖1光電轉(zhuǎn)換模塊總體設(shè)計框圖由此設(shè)計的光電/電光轉(zhuǎn)換模塊框圖如圖1,該模塊將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號送到開銷/指針處理模塊,另外也將從開銷/指針處理模塊送來的電信號轉(zhuǎn)換為光信號。2關(guān)鍵芯片的

9、選型號處理器采用M C68360EM 33K ,是M OTOROLA 公司推出的M C68360Quad 集成通信控制器(QUICC 系列產(chǎn)品,是一個多用途的單片集成處理器(CPU32+,處理速度為33M Hz 。該設(shè)備上有7個串行通道,4個串行通信控制器(SCC ,2個串行管理控制器(SM C ,1個串行外圍接口(SPI 。支持BDM (后臺調(diào)試模式,適用于32位數(shù)據(jù)總線(8位和16位的動態(tài)總線規(guī)模。SDH 開銷/指針處理芯片使用的是PM C-sierra 公司推出的SDH 段開銷、高階通道開銷處理芯片PM C5342。PM C5343和PM C5344是目前國內(nèi)廣泛采用的STM -1段開銷

10、、高階通道開銷處理套片。PM C5342是將PM C5343和PM C5344兩個芯片合二為一。PM C5342增加了時鐘提取、數(shù)據(jù)恢復(fù)和時鐘合成功能,更省去了前端(PHY 處理芯片。而且PM C5342采用BGA 封裝,集成度高。綜上所述,在本文中選用了PM C5342。PM C5342的主要特性有:對接收的STM -1數(shù)據(jù)流進(jìn)行時鐘提取、數(shù)據(jù)恢復(fù);檢測幀同步,對接收數(shù)據(jù)流進(jìn)行SDH 解擾碼;檢測信號丟失(LOS ,幀丟失(OOF ,幀同步丟失(LOF ,遠(yuǎn)端復(fù)用段失效(M SRDI ,告警指示信號(AIS ;接收STM-1數(shù)據(jù)流,對AU 指針(H1,H2,和H3進(jìn)行解釋,提取有效凈荷,輸出

11、VC4總線;對近端比特間插奇偶校驗(yàn)錯誤數(shù)目進(jìn)行累計(B1,B2,B3。計數(shù)可以根據(jù)設(shè)置對誤子塊數(shù)目或誤塊數(shù)目計數(shù);從輸入數(shù)據(jù)流中提取網(wǎng)絡(luò)通道字節(jié)(E1,E2,數(shù)據(jù)通信通道(D1-D12和用戶通道字節(jié)(F1并將它們串行輸出;從STM -1數(shù)據(jù)流中提取全部段開銷字節(jié)并串行輸出;在發(fā)送數(shù)據(jù)流中插入幀定位字節(jié)(A1,A2和STM -1連接標(biāo)識符字節(jié)(J0,可選擇地對發(fā)送數(shù)據(jù)流進(jìn)行擾碼;通過指針調(diào)整將VC4插入STM -1數(shù)據(jù)流中。發(fā)送STM -1數(shù)據(jù)流可以為并行或串行格式。在復(fù)接VC4總線和發(fā)送數(shù)據(jù)流之間通過指針調(diào)整容納頻率和相位差;提供了低速串行段開銷插入通道,插入的段開銷字節(jié)可以來自內(nèi)部寄存器,也

12、可以來自串行的段開銷輸入數(shù)據(jù)流;映射/解映射、鏈路交叉、成幀處理芯片使用了PM C-sier-ra 公司的PM C8316,它是低階通道開銷處理、映射/解映射處理芯片,同時能完成E1成幀處理,其相關(guān)特點(diǎn)為:支持比特異步或字節(jié)同步兩種映射/解映射工作模式;支持從一個STM -1/VC4最多解映射63路E1數(shù)據(jù)流,同時將63路E1數(shù)據(jù)流經(jīng)TU-12支路單元映射到TUG3,再復(fù)用到一個STM -1/VC4中;系統(tǒng)側(cè)接口支持8M bits/s 的H-M VIP 總線;支持接受和發(fā)送部分的抖動衰減;為E1等速率在每個支路上提供PRBS 發(fā)生器和探測器用于錯誤測試;為配置、控制和狀態(tài)監(jiān)測提供一個8位微處理

13、器總線接口。3CPU 及各主要模塊實(shí)現(xiàn)該模塊圍繞CPU 構(gòu)成,主要功能是在系統(tǒng)初始化時,實(shí)現(xiàn)單板上各模塊的初始化配置以及對整個系統(tǒng)的控制,由M C68360(高檔單片機(jī)、RS232(串口、29F040(FLASH 、HM 628512FP (RAM 、M AX3064(EPLD 、ACEXEP1K30(FP-GA 、74HCT245(總線驅(qū)動器組成。硬件邏輯框圖如圖2所示。在該模塊設(shè)計中,通過第一級驅(qū)動芯片74HCT245將CPU 總線隔離在一定區(qū)域,使得與CPU 相連接的芯片,數(shù)量少、封裝體積大,不易出焊接問題,這樣有利于CPU 的上電啟動,有利于生產(chǎn)中的調(diào)試。光電轉(zhuǎn)換模塊將光信號轉(zhuǎn)換為PE

14、CL 電信號送給開銷/指針處理模塊,同時將從開銷/指針處理模塊來的PECL 電信號轉(zhuǎn)換為光信號,而且產(chǎn)生無光告警信號。該模塊主要由一片HP 公司的HFCT5205B 組成。圖2CPU 及控制電路邏輯模塊開銷、指針處理模塊主要進(jìn)行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、低階指針處理。是本文中最具SDH 特色的部分。該模塊主要由一片PM C 公司的PM C5342芯片組成。PM C5342接收部分首先將接收的STM -1數(shù)據(jù)流進(jìn)行時鐘提取、數(shù)據(jù)恢復(fù),同時檢測信號丟失(LOS ;然后,檢測幀同步,對接收數(shù)據(jù)流進(jìn)行SDH 解擾碼;而后,對AU 指針(H1,H2,和H3進(jìn)行解

15、釋,提取有效凈荷,輸出VC4總線。PM C5342還提取和處理部分VC4高階通道開銷。PMC5342時鐘模塊電源模塊共享信箱RAMFLASH背板驅(qū)動CPU 總線CPU 控制電路成幀E1鏈路交叉2M 映射2M 解映射開銷/指針處理裝備制造技術(shù)2007年第10期!上接第47頁The Design and Realization of the Optical Electricity Transformation Module In SDHSynchronization NetworkWANG Shao-chong ,M A Li-jun(Liuzhou Vocational&Technica

16、l College ,Liuzhou Guangxi 545006,China Abstract :This paper had analyzed the SDH synchronization network technology and the synchronized clock control mode,proposed the hardware system design proposal in the SDH synchronization network the optical electricity transformation module,carried on the lo

17、gic to divide of the module and determine each module had to realize the function,introduced the critical chip selection model and the characteristic in details,have analyzed CPU and the control circuit concrete realization plan with emphasis,also had the elaboration to other correlation modules har

18、dware realizations.Key word :SDH ;optical electricity transformation module ;chip ;synchronization ;control circuit發(fā)送部分通過指針調(diào)整將VC4插入STM -1數(shù)據(jù)流中,在復(fù)接VC4總線和發(fā)送數(shù)據(jù)流之間通過指針調(diào)整容納頻率和相位差;同時在發(fā)送數(shù)據(jù)流中(K2插入幀定位字節(jié)(A1,A2、STM -1連接標(biāo)識符字節(jié)(J0、復(fù)用段遠(yuǎn)端接收失效(M SRDI 、復(fù)用段告警指示信號(M SAIS 、比特間插奇偶校驗(yàn)錯誤檢測碼(B1,B2、高階通道BIP-8錯誤檢測碼(B3。時鐘模塊支持系統(tǒng)時鐘

19、板從SDHM 光接口板中提取時鐘,SDH 載運(yùn)的業(yè)務(wù)2M bit/S 信號因?yàn)橛成溥^程和指針過程等原因?qū)ζ涠〞r信號造成較大的漂移損傷而超出數(shù)字同步網(wǎng)對定時信號的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行要求,SDH 載運(yùn)的業(yè)務(wù)2M bit/s 信號不能作為同步網(wǎng)節(jié)點(diǎn)時鐘傳輸?shù)氖侄?因此,系統(tǒng)時鐘從SDH 的STM -1中提取,但不是從STM -1里的2M 里提取。從SDHM 單板輸出到背板的E1信號應(yīng)同步于STM -1,要實(shí)現(xiàn)E1與STM -1的同步,只需在單板上用單板上的時鐘模塊來實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)技術(shù)。4小結(jié)本文提出了一種適應(yīng)于SDH 同步網(wǎng)中的光電轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計方案,由于CPU 控制電路模塊是整個系統(tǒng)設(shè)計和實(shí)現(xiàn)中的難點(diǎn),也是本文重點(diǎn)分析和論述的部分。首先根據(jù)功能需求和外部接口,提出了設(shè)計方案,確定了模塊任務(wù)劃分和模塊間的接口,然后詳細(xì)的敘述了各個模塊的結(jié)構(gòu)和功能。參考文獻(xiàn):1王廷堯.SDH/SONET 同步光通信基礎(chǔ)M .天津科技出版社,1999.2韋樂平.光同步數(shù)字傳送網(wǎng)M .人民郵電出版社,1998.據(jù)處理方法,省時、省力、準(zhǔn)確,可以極大地減輕設(shè)計者的查表、量圖的工作量。筆者所述數(shù)據(jù)處理方法,不僅適用于機(jī)械、建筑CAD 中,同樣也可適用于其他行業(yè)的計