SFP+雙MCU光收發(fā)模塊升級的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 SFP+雙MCU光收發(fā)模塊升級的設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 導(dǎo)讀：本文基于ADuC7023a的硬件平臺和Keil4的軟件平臺，設(shè)計了一種SFP+雙MCU光收發(fā)模塊嵌入式系統(tǒng)升級的方案，并具體實(shí)現(xiàn)了SFP+波長可調(diào)諧光模塊雙MCU系統(tǒng)的更新。這對雙MCU的光模塊的升級具有一定的實(shí)用價值，并對今后出現(xiàn)的多MCU嵌入式系統(tǒng)的升級具有一定的參考意義。 隨著光通信的日益發(fā)展，光通信的發(fā)展已經(jīng)取得了驚人的成就。Alcatel-Lucent在20*年光通信會議(OFC20*)上宣布他們成功將單根光纖傳輸數(shù)據(jù)率提高到25.6 Tbit/s，創(chuàng)造了一項新世界紀(jì)錄。因此，如今的光通信已經(jīng)不僅僅要解

2、決大容量傳輸和寬帶接入的問題，更關(guān)鍵的是實(shí)現(xiàn)光層的智能化和節(jié)點(diǎn)的光交換，從而建立起動態(tài)高效、擴(kuò)展靈活、經(jīng)濟(jì)可靠的光網(wǎng)絡(luò)，以滿足信息傳輸?shù)囊蟆?1 雙MCU的嵌入式系統(tǒng)升級的整體設(shè)計 SFP+波長可調(diào)諧光模塊主要由3個部分組成：光發(fā)射部分、光接收部分和控制部分，控制部分分別由MCU1和MCU2共同協(xié)作完成。本系統(tǒng)采用ADuC7023作為MCU控制模塊，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，實(shí)現(xiàn)了波長可調(diào)。其中，MCU1主要控制模塊正常穩(wěn)定發(fā)光，而MCU2主要用于實(shí)現(xiàn)波長切換。以下便設(shè)計了一種更新此嵌入式系統(tǒng)的升級方案，具體的整體框架如圖1所示。 圖1 升級系統(tǒng)的整體架構(gòu) 1)通信協(xié)議上位機(jī)：主要通過GUI(Graph

3、ical UserInterface)下發(fā)Hex文件，通過串口發(fā)送給板。 2)板：接收到串口發(fā)送的數(shù)據(jù)之后開展判斷，如果是給MCU1程序則板將接收到的數(shù)據(jù)封裝為滿足AN806_I2C Download Protocol for ADulC70 xxBCPZxxI Models協(xié)議的幀構(gòu)造，并按照此協(xié)議的要求更新MCU1；如果是給MCU2程序，則板將收到的數(shù)據(jù)直接通過I2C(InterIntegrated Circuit)轉(zhuǎn)發(fā)給MCU1。 3)MCU1：MCU1作為光模塊的主機(jī)，MCU2作為從機(jī)。當(dāng)給MCU2程序時，MCU1將接收到的數(shù)據(jù)封裝為滿足AN806_I2C Download Proto

4、col for ADulC70 xxBCPZxxI Models協(xié)議的幀構(gòu)造，并按照此協(xié)議的要求更新MCU2；否則，MCU1執(zhí)行自身的程序，控制整個模塊的正常運(yùn)行。 2 雙MCU嵌入式系統(tǒng)升級的實(shí)現(xiàn) 雙MCU嵌入式系統(tǒng)升級的實(shí)現(xiàn)可分為以下幾個部分：實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)收集，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的封裝以及按照協(xié)議實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的更新。 2.1 串口數(shù)據(jù)收集實(shí)現(xiàn) 上位機(jī)(GUI)將Hex文件一行一行地發(fā)送給板，通過協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊對數(shù)據(jù)封裝后通過協(xié)議更新需要升級的系統(tǒng)。而串口每次只能發(fā)送一個ASCII碼字符給板。板接收到數(shù)據(jù)后將每2個ASCII碼合并為1個相應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集。 2.2 數(shù)據(jù)封裝的實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)的

5、封裝可根據(jù)具體的更新哪塊MCU分別在板(更新MCU1)或MCU1(更新MCU2)中完成。由于數(shù)據(jù)封裝前是Hex的幀構(gòu)造，無法滿足協(xié)議的要求，所以在更新系統(tǒng)之前必須對數(shù)據(jù)開展封裝，使其滿足協(xié)議的要求。下面將介紹具體的實(shí)現(xiàn)方式。 1)Hex文件的幀構(gòu)造如圖2所示。 圖2 Hex文件的幀構(gòu)造 (1)起始符：固定為“：”用于記錄一幀數(shù)據(jù)的開始。 (2)數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)：后面的2個字符說明記錄的長度。一般情況為0 x10，說明這一幀中傳送的有效數(shù)據(jù)位16 byte。 (3)地址位：4個字符說明調(diào)入的起始地址。 (4)數(shù)據(jù)類型：2個字符說明記錄的類型。以下為具體的字符對應(yīng)的不同的數(shù)據(jù)類型： 0：數(shù)據(jù)記錄。 l：

6、記錄文件結(jié)束。 2：擴(kuò)展地址記錄。 3：開始段地址記錄。 4：擴(kuò)展線性地址記錄。 5：開始線性地址記錄。 (5)數(shù)據(jù)：說明有效的數(shù)據(jù)。 (6)校驗和：的2位說明校驗和檢查，它加上前面所有的數(shù)據(jù)為0。 2)協(xié)議規(guī)定的數(shù)據(jù)幀構(gòu)造如圖3所示。 圖3發(fā)送數(shù)據(jù)的幀構(gòu)造 (1)起始ID：0 x07和0 x0E是兩個固定的有效值。 (2)數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)：表示數(shù)據(jù)幀中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，從Datal開始算起。值為5，值為255。 (3)數(shù)據(jù)1 CMD，如下表1所示。 表1 命令功能 (4)數(shù)據(jù)2一數(shù)據(jù)5(Address：h，u，m，1)：該地址字段包含一個32位地址h，u，m，l，其中h中包含有效位(MSB)，l中包含有

7、效位(LSB)。 (5)數(shù)據(jù)x(x=6255)：用戶代碼是按字節(jié)的，數(shù)據(jù)字節(jié)字段多為250個數(shù)據(jù)字節(jié)。數(shù)據(jù)必須是擴(kuò)展Hex 16字節(jié)記錄格式的數(shù)據(jù)串，而且在傳輸?shù)郊虞d器之前作為上面數(shù)據(jù)表格的一部分由主機(jī)重新編譯。 (6)校驗和：校驗和的計算方法為所有數(shù)據(jù)的和取余。 3)幀構(gòu)造封裝的實(shí)現(xiàn) 協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊將收到的每2個ASCII碼轉(zhuǎn)化為1個對應(yīng)的十六進(jìn)制，并存放于特定的緩存中。當(dāng)協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊收到回車換行后就會開始幀構(gòu)造的封裝工作。按照協(xié)議規(guī)定，為數(shù)據(jù)參加Start ID；幀構(gòu)造中的No.of Data Bytes的值為Hex文件中數(shù)據(jù)的個數(shù)加5(其中主要參加了CMD Byte以及4 byte的地址)

8、；Datal則是命令Byte可根據(jù)協(xié)議要求寫入適當(dāng)?shù)拿?，在更新系統(tǒng)時應(yīng)使用寫命令W(0 x57)；Data2一Data5為Hex文件中指定的地址；Data x對應(yīng)Hex文件中的數(shù)據(jù)部分；Checksum則為0 x00減去從BytelByte x 的所有數(shù)據(jù)的和。從而實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的封裝。 2.3 模塊更新的實(shí)現(xiàn) AN806一I2C Download Protocol是一種廣泛使用的ADuC70 xxBCPZxxI模塊的協(xié)議。依照協(xié)議的具體規(guī)定設(shè)計和實(shí)現(xiàn)了雙MCU模塊的升級，具體的模塊更新流程如圖4所示。 圖4模塊更新流程 1)運(yùn)行微轉(zhuǎn)換器加載器 為了防止I2C意外，I2C模式進(jìn)人前提是在復(fù)位器件

9、串行保持低電平、同時Flash/EE存儲器Oxl4地址單元的內(nèi)容為0 xFFFFFFFF。因此，用戶代碼必須有一個內(nèi)置機(jī)制用來擦除第0頁(Flash地址0 x0到0 x200)和復(fù)位器件。該機(jī)制允許進(jìn)入模式對器件重新編譯。 在理想情況下，為了能夠在數(shù)據(jù)重編程時出現(xiàn)掉電故障或出現(xiàn)其他錯誤時重新進(jìn)入模式，F(xiàn)lash地址單元Oxl4應(yīng)該編程。 在基于MCU的嵌入式系統(tǒng)中，程序的存儲區(qū)與數(shù)據(jù)的存儲區(qū)是一致的，有時只是為了更新程序而又希望可以保存原有的數(shù)據(jù)，此時往往選擇只擦除程序部分。因此，在執(zhí)行擦除命令時要首先確定是否需要保存數(shù)據(jù)部分，防止誤操作。 2)啟動協(xié)議 一旦加載器進(jìn)入模式，加載器從機(jī)器件地址

10、為0 x04，因此，每次向加載器發(fā)送數(shù)據(jù)，主機(jī)必須以字節(jié)0 x04(I2c寫地址)開始，每次從加載器讀取命令應(yīng)答請求以字節(jié)0 x05(I2C讀地址)開始。加載器的個數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)必須為退格符(BS=0 x08)以啟動該協(xié)議。 在收到退格符后，加載器發(fā)送如下24 byte ID數(shù)據(jù)包： 15 byte=產(chǎn)品標(biāo)示符 3 byte=硬件和固件的版本號 4 byte=保存 2 byte=換行和回車 3)加載器接收數(shù)據(jù) 為了防止在重新編程過程中出現(xiàn)的異常故障使得MCU無法再次進(jìn)入模式，所以Flash地址單元0 x14應(yīng)該編程。從Hex文件的幀構(gòu)造中可以發(fā)現(xiàn)0 x14在第2行Hex中，也就是說第2行Hex文

11、件應(yīng)該在其他數(shù)據(jù)傳完之后再寫入。由于程序的起始點(diǎn)在第1行，所以Hex文件的第1行和第2行應(yīng)該放在寫入。協(xié)議轉(zhuǎn)換器發(fā)送數(shù)據(jù)的具體軟件流程如圖5所示。 圖5 協(xié)議轉(zhuǎn)換器發(fā)送數(shù)據(jù)的具體軟件流程圖 其中，若加載器為MCU1則協(xié)議轉(zhuǎn)換器為板，即數(shù)據(jù)的封裝在板中完成；若加載器為MCU2則協(xié)議轉(zhuǎn)換器為MCU2，即數(shù)據(jù)的封裝在MCU1中完成，此時板只起轉(zhuǎn)發(fā)的作用。 4)加載器接收遠(yuǎn)程執(zhí)行命令 一旦主機(jī)將所有的數(shù)據(jù)包發(fā)送到加載器，主機(jī)可以發(fā)送一個包以指示加載器開始執(zhí)行代碼。具體的軟件流程如圖6所示。 圖6協(xié)議轉(zhuǎn)換器重啟加載器的軟件流程圖 其中有2種不同的遠(yuǎn)程運(yùn)行方式：軟件復(fù)位(h，u，m，l=0 x1)和跳轉(zhuǎn)至

12、用戶代碼(h，u，m，l=0 x0)。一般情況下，會選擇軟件復(fù)位，因為軟件復(fù)位可以重置所有外設(shè)。然而在串行接口接地和地址0 x80014被清零的情況下，有必要采用一個跳轉(zhuǎn)直接到用戶代碼。如果采用軟件復(fù)位，則發(fā)送的數(shù)據(jù)包的幀構(gòu)造如下表2所示。 表2 軟件復(fù)位的幀構(gòu)造 2.4 實(shí)驗結(jié)果 圖7是使用本設(shè)計方案升級SFP+雙MCU嵌入式系統(tǒng)的測試結(jié)果，測試結(jié)果顯示MCU2在更新之前的版本號為v101，升級之后的版本號為v102。這說明本設(shè)計方案是可行可靠的。 圖7測試結(jié)果 3 結(jié)束語 如今，大多數(shù)光通信依舊使用傳統(tǒng)的基于固定波長光模塊的光源，尤其是目前被廣泛使用的10 Gbit/s光模塊都使用的這種固定波長激光器，這對光模塊的利用存在極大的局限性，而目前這種缺陷已經(jīng)漸漸地顯露出來。為了提高模塊的利用率、降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的成本、減小管理的復(fù)雜性、提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性，SFP+波長可調(diào)諧的光模塊應(yīng)運(yùn)而生。此可調(diào)諧光模塊的實(shí)現(xiàn)是基于DBR可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器實(shí)現(xiàn)的。它可以在整個C