基于Leon2的EPON ONU MAC控制器設計的中期報告

基于Leon2的EPONONUMAC控制器設計的中期報告摘要：本文介紹了基于Leon2的EPONONUMAC控制器的設計，并在中期階段詳細分析了已完成的工作及存在的問題以及后續(xù)工作計劃。首先介紹了EPON的基本原理和ONU的功能，然后結(jié)合硬件平臺選擇Leon2作為MAC控制器，并設計了基于Leon2的EPONONUMAC控制器。在中期階段，已完成了MAC幀結(jié)構(gòu)的定義、發(fā)送模塊的實現(xiàn)以及一些基本的狀態(tài)機設計。但是仍存在著一些問題，如MAC控制器的時間同步、多個ONU的并發(fā)管理等。后續(xù)工作計劃是完善已有功能，解決存在的問題，完成MAC控制器的測試和驗證。關鍵詞：EPONONU；Leon2；MAC控制器；狀態(tài)機設計引言：EPON（EthernetPassiveOpticalNetwork）是一種高速的、光纖接入的網(wǎng)絡技術，它在傳輸層使用了以太網(wǎng)協(xié)議，是一種非常靈活、可擴展、寬帶且低成本的方案。ONU（OpticalNetworkUnit）是EPON網(wǎng)絡中的接入設備，它通常分布在用戶側(cè)，負責與用戶設備通信以及與OLT（OpticalLineTerminal）通信。ONU與OLT之間通過EPON鏈路進行通信，主要功能包括幀解析、幀轉(zhuǎn)發(fā)等。本文基于Leon2硬件平臺設計了EPONONUMAC控制器，旨在實現(xiàn)幀的解析、轉(zhuǎn)發(fā)以及鏈路狀態(tài)的管理等功能。在中期階段已完成了MAC幀結(jié)構(gòu)的定義、發(fā)送模塊的實現(xiàn)以及一些基本的狀態(tài)機設計，但仍存在著一些問題需要解決。本文將對已完成的工作進行總結(jié)，并分析存在的問題及后續(xù)工作計劃。EPONONU的基本原理及功能EPON網(wǎng)絡基于光纖傳輸，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1EPON網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)在EPON網(wǎng)絡中，OLT位于網(wǎng)絡的核心位置，其主要功能包括生成光信號、傳輸光信號、接收光信號、處理光信號等。OLT通過PON（PassiveOpticalNetwork）分配信號到用戶端設備ONU，對OLT與ONU之間的數(shù)據(jù)進行封裝和解封裝，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。ONU是EPON網(wǎng)絡中的接入設備，主要功能如下：（1）與OLT交互：ONU向OLT發(fā)送控制幀，以獲取分配的帶寬。（2）與用戶交互：ONU與用戶設備進行通信，以獲取用戶數(shù)據(jù)。（3）數(shù)據(jù)承載：ONU將用戶數(shù)據(jù)封裝成EPON幀，并通過PON鏈路發(fā)送給OLT。Leon2硬件平臺Leon2是一款常用的嵌入式處理器，其主要特點如下：（1）32位MIPS（MicroprocessorwithoutInterlockedPipelineStages）結(jié)構(gòu)，操作系統(tǒng)支持度高。（2）內(nèi)置DMA（DirectMemoryAccess）控制器和cache機制，能夠提高數(shù)據(jù)傳輸效率。（3）支持片內(nèi)總線和片外總線，適用于片內(nèi)和片外系統(tǒng)?；贚eon2設計EPONONUMAC控制器在本文中，我們選擇Leon2作為MAC控制器的硬件平臺，具體設計方案如圖2所示。圖2基于Leon2的EPONONUMAC控制器設計方案如圖2所示，MAC控制器主要包括三大模塊，即幀解析模塊、發(fā)送模塊和狀態(tài)機模塊。其中，幀解析模塊用于幀頭解析和幀體解析，得到幀類型和數(shù)據(jù)。發(fā)送模塊將數(shù)據(jù)封裝成EPON幀，并通過PON通道發(fā)送給OLT。狀態(tài)機模塊用于狀態(tài)管理，根據(jù)不同的狀態(tài)執(zhí)行不同的操作。中期階段完成的工作及存在的問題在中期階段，我們完成了MAC幀結(jié)構(gòu)的定義、發(fā)送模塊的實現(xiàn)以及一些基本的狀態(tài)機設計，具體工作如下：（1）MAC幀結(jié)構(gòu)的定義MAC幀結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖3MAC幀結(jié)構(gòu)在MAC幀結(jié)構(gòu)中，Preamble用于同步，StartFrameDelimiter（SFD）用于標識幀頭的起始位置，MAC地址用于標識發(fā)送方和接收方，幀類型用于標識數(shù)據(jù)的類型，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)用于攜帶數(shù)據(jù)信息，F(xiàn)CS（FrameCheckSequence）用于幀檢驗。（2）發(fā)送模塊的實現(xiàn)發(fā)送模塊主要將數(shù)據(jù)封裝成EPON幀并發(fā)送到PON通道。（3）狀態(tài)機設計狀態(tài)機設計是實現(xiàn)MAC控制器的關鍵，它根據(jù)ONU與OLT之間的通信狀態(tài)，確定當前狀態(tài)并執(zhí)行相關的操作。我們設計了一些基本的狀態(tài)，包括初始化狀態(tài)、注冊狀態(tài)、授權狀態(tài)等，根據(jù)具體要求不斷完善。但是，在中期階段，我們?nèi)源嬖谥恍﹩栴}：（1）MAC控制器的時間同步時間同步是EPON網(wǎng)絡中的一個重要問題，MAC控制器需要與OLT進行時間同步以保證幀的同步和數(shù)據(jù)的準確傳輸。但目前我們尚未實現(xiàn)時間同步功能。（2）多個ONU的并發(fā)管理當網(wǎng)絡中存在多個ONU時，MAC控制器需要對多個ONU進行管理并確保并發(fā)的正確性。但目前我們?nèi)晕唇鉀Q該問題。后續(xù)工作計劃針對存在的問題，我們將在后續(xù)的工作中進行改進與優(yōu)化，具體工作計劃如下：（1）時間同步功能的實現(xiàn)我們將設計一種時間同步協(xié)議，通過與OLT之間的時間同步來保證幀的同步和數(shù)據(jù)的準確傳輸。（2）多個ONU的并發(fā)管理我們將設計一種并發(fā)控制協(xié)議，通過管理多個ONU的訪問，來確保并發(fā)訪問的正確性。（3）測試和驗證我們將進行MAC控制器的測試和驗證，以確保其功能的正確性和穩(wěn)定性?？偨Y(jié)本文介紹了基于Leon2的EPONONUMAC控制器的設計，并在中期階段詳細分析