摘 要：目前，在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)中以太網(wǎng)光纖收發(fā)器已大量應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越來越大，遠(yuǎn)端和局端光纖以太網(wǎng)設(shè)備越來越多，其維護(hù)、管理和控制等問題也越發(fā)突出。針對(duì)光纖收發(fā)器的應(yīng)用和管理現(xiàn)狀，提出一種基于單片機(jī)的IP113F光纖收發(fā)器的監(jiān)控與采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。詳細(xì)介紹了監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)以及軟硬件組成，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)說明，并介紹了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)程序。最后指出該系統(tǒng)的不足之處且監(jiān)控距離比較短。

關(guān)鍵詞：光纖收發(fā)器；網(wǎng)管單元；IP113F；MDC；MDIO；單片機(jī)AT89S51

中圖分類號(hào)：TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004-373X(2008)06-192-03

Monitoring and Acquisition for IP113F Fiber Transceiver Based on Single Chip

XUYiping，LIU Damao

(College of Physics and Information Engineering，F(xiàn)uzhou University，F(xiàn)uzhou，350002，China)

Abstract：Currently，the Ethernet fiber transceivers have been widely appliedin the data network business，the network scale becomes more and more large，the local and remote fiber transceiver devices are also more and more，so its maintenance，management and control become more outstanding.Aimed at the actualities of fiber transceiver′s application and management，this paper brings up a scheme of the monitoring andacquisition for fiber transceiver based on single chip.The paper introduces the system structure and soft-hardware composition of the monitoring system in detail，at the same time，the design and implementation of system are narrated，it also produces the programmer design of the system.Finally，it points out the shortage of the system-short monitoring distance.

Keywords：fiber transceiver；network management entity；IP113F；MDC；MDIO；single chip AT89S51

1 引 言

光纖收發(fā)器不僅能大大簡(jiǎn)化局域網(wǎng)的升級(jí)，而且可以保護(hù)原有銅纜LAN設(shè)備的投資。然而隨著寬帶網(wǎng)絡(luò)通信業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，以及用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性、可靠性要求的不斷提高，如何有效地管理分散在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的各類網(wǎng)絡(luò)設(shè)備并迅速修復(fù)網(wǎng)絡(luò)的各種故障，已成為現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中一個(gè)急待解決的重要問題。光纖收發(fā)器寬帶網(wǎng)絡(luò)設(shè)備家庭中的一員，以及作為寬帶接入網(wǎng)的重要組成部分，對(duì)他的管理已成為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理的關(guān)鍵組成部分。

目前一般的光纖收發(fā)器的監(jiān)控方式普遍采用RS 232進(jìn)行本地監(jiān)控，即由一臺(tái)裝有運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控軟件的PC電腦，通過RS 232或RS 485 總線通過一個(gè)微處理器以某種協(xié)議的方式查詢?cè)O(shè)備中的狀態(tài)，如終端設(shè)備的鏈接狀態(tài)、10 M/100 M的工作狀態(tài)、全雙工/半雙工狀態(tài)、報(bào)警信息等，將設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)反饋給網(wǎng)絡(luò)管理器，還可以設(shè)置參數(shù)。

本文提出一種基于單片機(jī)的光纖收發(fā)器監(jiān)控系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：所使用的光纖收發(fā)器IP113F功能強(qiáng)大，具有自動(dòng)網(wǎng)管功能；可以實(shí)現(xiàn)本地和遠(yuǎn)端光纖收發(fā)器的監(jiān)控；可以對(duì)多臺(tái)光纖收發(fā)器進(jìn)行監(jiān)控。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)由網(wǎng)管單元、監(jiān)控對(duì)象和監(jiān)控平臺(tái)組成，其系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，其中網(wǎng)管單元負(fù)責(zé)上位機(jī)監(jiān)控命令和光纖收發(fā)器監(jiān)控信息數(shù)據(jù)的采集。監(jiān)控對(duì)象為光纖收發(fā)器組，本監(jiān)控系統(tǒng)可以查詢并設(shè)置本地和遠(yuǎn)端光纖收發(fā)器的工作狀態(tài)；監(jiān)測(cè)光纖收發(fā)器的物理通斷狀態(tài)(光纖的連接、電纜的連接等)；按需分配帶寬，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端光纖收發(fā)器發(fā)、收端口的流量控制和端口關(guān)斷。監(jiān)控平臺(tái)上運(yùn)行監(jiān)控軟件，可以通過PC機(jī)串行口與網(wǎng)管單元進(jìn)行通信實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。本監(jiān)控系統(tǒng)具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，同時(shí)還提供了圖形化監(jiān)控方式。

3 系統(tǒng)硬件電路的實(shí)現(xiàn)

(1) 光纖收發(fā)器電路設(shè)計(jì)

光纖收發(fā)器電路主要是由電端口RJ 45，IP113F芯片組成。IP113F芯片是IC Plus公司生產(chǎn)的一款單電源、2.5 V供電，具有網(wǎng)管功能、超低功耗的以太網(wǎng)光纖收發(fā)器。

IP113F內(nèi)置專為收發(fā)器設(shè)計(jì)的2口交換機(jī)內(nèi)核，傳送數(shù)據(jù)包時(shí)可不進(jìn)行MAC地址標(biāo)檢查和CRC校驗(yàn)，全/半雙工模式均可采用相應(yīng)的流量控制，支持單模/多模光纖轉(zhuǎn)換，提供TS-1000標(biāo)準(zhǔn)的維護(hù)幀。

IP113F通過光口發(fā)送一些維護(hù)幀用實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理，用戶可通過串行管理接口(SMI)MDC(管理數(shù)據(jù)同步時(shí)鐘輸入接口)和MDIO(雙向管理指令接口)管理MII寄存器組，監(jiān)控或重新設(shè)置本地或遠(yuǎn)端光纖收發(fā)器的工作狀態(tài)^[1]。

用戶只要執(zhí)行對(duì)MII寄存器讀寫操作，并且MDC發(fā)生上升沿跳變，數(shù)據(jù)就會(huì)在MDIO逐位地從高到低傳送。MDIO上的數(shù)據(jù)格式和SMI的具體時(shí)序如下所示：

當(dāng)SMI處于空閑狀態(tài)時(shí)，MDIO則處于高阻態(tài)。管理單元在MDIO上發(fā)送32位連續(xù)的“1”和“開始”信號(hào)初始化MDIO接口，再發(fā)送讀/寫操作碼，接著發(fā)送5位IP113F的地址和5位寄存器地址，最后發(fā)送16位的寄存器數(shù)據(jù)。

(2)網(wǎng)管單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

網(wǎng)管單元由單片機(jī)AT89S51和串行口組成。單片機(jī)AT89S51是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，執(zhí)行監(jiān)控平臺(tái)發(fā)送的I/O控制指令和發(fā)送對(duì)IP113F的監(jiān)控命令。

IP113F的數(shù)據(jù)傳輸是通過MDC和MDIO這兩條線與外部單元進(jìn)行通信。因此要從單片機(jī)選擇2個(gè)空閑的I/O口進(jìn)行時(shí)序模擬和數(shù)據(jù)傳輸。P1.1與MDC連接來模擬時(shí)鐘，P1.2與MDIO連接用來進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸。具體連接如圖2所示。

同時(shí)由于單片機(jī)的接口工作電壓為5 V^[1]，而IP113F的接口工作電壓卻為3.3 V，因此需要在單片機(jī)和IP113F之間接入2塊電壓轉(zhuǎn)換芯片，本系統(tǒng)選用SN74LS245N芯片。本系統(tǒng)利用串行口和上位機(jī)進(jìn)行通信，用的是MAX232芯片。

(3) 系統(tǒng)整體電路框圖

根據(jù)系統(tǒng)功能需求，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)整體電路如圖3所示。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

IP113F的監(jiān)控和采集除了硬件設(shè)計(jì)重要外，軟件編程也相當(dāng)關(guān)鍵。

(1) 監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)控平臺(tái)上的圖形化監(jiān)控軟件是基于Windows平臺(tái)的，利用Microsoft公司推出的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言Visual C⁺⁺6.0開發(fā)的；同時(shí)采用SQL Server數(shù)據(jù)庫管理各臺(tái)所監(jiān)控光纖收發(fā)器的配置信息、故障信息和告警信息等。通過開放數(shù)據(jù)庫連接(ODBC)來查詢、訪問和操作數(shù)據(jù)庫信息。

(2) 光纖收發(fā)器與單片機(jī)間的通信協(xié)議

① 波特率為2 400 b/s，數(shù)據(jù)位設(shè)置為8位，停止位為1位，不采用校驗(yàn)位。

② 數(shù)據(jù)通訊協(xié)議：為適應(yīng)不同類型的光收發(fā)器通信需要，與主機(jī)的通信協(xié)議采用統(tǒng)一的命令格式：命令類型標(biāo)識(shí)( 1 Byte) + 命令頭(6 Byte)+ 數(shù)據(jù)部(不定長度)命令頭說明如下：

其中Msg字節(jié)用來設(shè)置帶寬、流量控制、單雙工模式選擇、設(shè)置速率、設(shè)置自動(dòng)協(xié)商和自動(dòng)發(fā)送與否、進(jìn)行帶寬的關(guān)閉和打開。

③ 程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)關(guān)鍵就是對(duì)51單片機(jī)進(jìn)行編程。監(jiān)控主程序的流程圖如圖4所示。

IP113F通過單片機(jī)來讀取上位PC機(jī)發(fā)來命令要求。程序首先要對(duì)串口進(jìn)行初始化，完成波特率的設(shè)置、串口方式的選擇和串口中斷設(shè)置；接著從串行口讀取數(shù)據(jù)，根據(jù)以上所定義的通信協(xié)議，確定IP113F光纖收發(fā)器卡號(hào)，判斷是本地還是遠(yuǎn)程的IP113F光纖收發(fā)器，可以是寫入也可以是讀出，實(shí)現(xiàn)對(duì)IP113F光纖收發(fā)器復(fù)位操作、版本信息的讀取(主版本號(hào)和子版本號(hào))、報(bào)警信息的獲取(如光纖/網(wǎng)絡(luò)的連接/斷開、流量控制使能/禁止、自動(dòng)發(fā)送的使能/禁止等)和工作狀態(tài)的控制(如全/單雙工、自協(xié)商/非自協(xié)商、10 M/100 M速率和帶寬選擇等)。

5 結(jié) 語

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，采用MAX232串口監(jiān)控光纖收發(fā)器的方式在某種程度上限制了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的集中控制管理，傳輸距離短，而且傳輸碼率也不高，而對(duì)于Ethernet，可以達(dá)到10/100/1 000 M，通過RJ45在局域網(wǎng)傳輸距離可以達(dá)數(shù)百米，跨越網(wǎng)關(guān)還可以接入Internet。

參考文獻(xiàn)

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[5]http：//www.c114.com.cn/supply/show_product.asp?id=9027.

作者簡(jiǎn)介 許奕平 女，1982年出生，信號(hào)與信息處理專業(yè)，福州大學(xué)在讀碩士研究生。研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)。

劉大茂 男，教授，福州大學(xué)物信學(xué)院通信系主任。