摘 要:隨著信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，多元化的業(yè)務(wù)需求與日俱增，特別是多業(yè)務(wù)接入與低成本投入、簡(jiǎn)單維護(hù)之間的矛盾越來越突出。該方案研制的小型化SDH綜合業(yè)務(wù)設(shè)備較好地解決了這一矛盾。該設(shè)備集語音、數(shù)據(jù)、SDH傳輸和以太網(wǎng)技術(shù)于一身，采用國(guó)際先進(jìn)的集成電路、可編程邏輯電路和高速微處理器研制而成，完成光口、E1接口、用戶接口的信號(hào)處理，并具有安全可靠、性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉、攜帶方便，有較強(qiáng)的移動(dòng)性、靈活性等特點(diǎn)。該設(shè)備已部分應(yīng)用于電力、高速公路、智能小區(qū)等領(lǐng)域，滿足了用戶需要。

關(guān)鍵詞:小型化設(shè)備; SDH綜合設(shè)備; 模塊技術(shù); 單光口STM1模塊; 雙光口STM1模塊

中圖分類號(hào):TN919; TP391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-373X(2010)15-0128-04

Development of Miniaturized SDH Comprehensive Equipments

LIU Xiao-yun

(Xi’an Railway Vocational and Technical Institute， Xi’an 710014，China)

Abstract: Along with the development of information technology， the diversification business demands keep increasing with each passing day， especially the contradictions between multi-service access and low-cost investment， and multi-service access and simple maintenance are increasingly obvious. However， the contradiction has been solved by the miniaturization SDH comprehensive equipment developed with the scheme. The equipment developed with international advanced integrated circuits， programmable logic circuits and high-speed microprocessors involves voice， data， SDH and Ethernet technology， can complete the signal processing of optical port， E1 interface and user interface， and has such characters as safe， reliable and stable performance， low price， stronger mobility and flexibility. The equipments were applied to power systems， super highways， intelligent community and other fields， and satisfied all the customers.

Keywords: miniaturization equipment; SDH comprehensive device; module technology; single light mouth STM1 module; double light mouth STM1 module

0 引 言

本項(xiàng)目研制的SDH STM1模塊，是一個(gè)功能完整、可以獨(dú)立工作的小型化SDH綜合設(shè)備。該模塊插入現(xiàn)有的電路交換子框中，為子框其他模塊提供E1中繼傳輸電路，同時(shí)也為外部系統(tǒng)或設(shè)備提供2 Mb/s透明傳輸電路和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳輸，并與在網(wǎng)的主流SDH設(shè)備有很好的兼容性。

1 研制目標(biāo)

1.1 設(shè)備功能

(1) 提供16個(gè)2 Mb/s電路的透明傳輸，擴(kuò)展一塊電路板后，可提供32個(gè)2 Mb/s電路的透明傳輸;

(2) 提供10M/100M以太網(wǎng)接口，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳輸;

(3) 單光口工作在TM模式，雙光口可工作在TM模式或ADM模式;

(4) 可組成環(huán)型網(wǎng)、鏈型網(wǎng)，或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)工作;

(5) 本地振蕩、線路時(shí)鐘、2 MHz支路時(shí)鐘三種時(shí)鐘同步方式。

1.2 兼容性要求

(1) 遵循ITU-T 相關(guān)建議;

(2) 采用國(guó)際主流供應(yīng)商提供的專用芯片設(shè)計(jì);

(3) 在網(wǎng)絡(luò)接口上與在網(wǎng)的主流設(shè)備兼容。

2 組成原理

2.1 模塊組成

本次研制的SDH設(shè)備有兩種，即單光口STM1模塊和雙光口STM1模塊，分別插入3U機(jī)箱和4U機(jī)箱使用。每種SDH模塊由兩塊電路板組成，即光接口板和2 Mb/s支路擴(kuò)展板。其中光接口板本身就是一個(gè)完整的SDH STM1系統(tǒng)，可提供2 Mb/s傳輸業(yè)務(wù)和以太網(wǎng)傳輸業(yè)務(wù);而通過2 Mb/s支路擴(kuò)展板可將模塊的2 Mb/s接入能力從16個(gè)擴(kuò)展到32個(gè)。

單光口STM1模塊系統(tǒng)連接框圖如圖1所示。

圖1 單光口模塊組成框圖

雙光口板提供兩路STM1光接口，除增加一路光STM1收發(fā)信外，其他組成與單光口完全一樣。

2.2 單元板組成及工作原理

2.2.1 單光口板組成及工作原理

單光口板實(shí)現(xiàn)STM1 終端設(shè)備功能，主要由光模塊、時(shí)鐘提取電路、SDH段開銷處理芯片PM5343 STXC、高階通道開銷處理芯片PM5344 SPTX、交叉控制電路、2 Mb/s映射和低階開銷處理芯片TXC-04222等部分組成。如圖2所示。

主要單元電路的功能如下:

(1) 光模塊:完成光/電和電/光轉(zhuǎn)換。

(2) 時(shí)鐘提取電路:由CY7B952芯片組成，完成接收時(shí)鐘的提取、接收時(shí)鐘分頻、發(fā)信時(shí)鐘產(chǎn)生以及數(shù)據(jù)對(duì)齊、發(fā)信驅(qū)動(dòng)等功能。

(3) STM1段開銷處理:由PM5343 STXC芯片組成，完成SDH STM1線路數(shù)據(jù)的串/并轉(zhuǎn)換和并/串轉(zhuǎn)換、STM1段開銷處理。

(4) 高階通道開銷處理:由PM5344 SPTX芯片組成，完成高階通道開銷處理，并提供通用的Telebus接口與交叉連接芯片和各種映射芯片接口，為各種時(shí)分電路提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

(5) 交叉控制電路:主要由可編成器件FPGA組成。選用Xilinx Sparten 3E的XC3S500E大容量可編成器件，通過軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)SDH支路信號(hào)的交叉和上下電路的調(diào)度。通過FPGA將支路映射芯片和以太網(wǎng)映射芯片與SPTX連接起來，可大大加強(qiáng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性。

(6) 2 Mb/s映射電路:由2 Mb/s映射和低階通道開銷處理芯片TXC-04222組成。TXC-04222可提供28路2 Mb/s數(shù)據(jù)的VC-12封裝和映射，本設(shè)計(jì)使用其中的16路來滿足需求。TXC-04222提供兩組Telebus，可分別從兩個(gè)方向上下電路，在FPGA配合下實(shí)現(xiàn)分插復(fù)用功能。TXC-04222提供HDB3編碼信號(hào)的輸入輸出，可方便地與LIU連接，提供G.703的2 Mb/s支路接口。

(7) 2 Mb/s接口電路LIU:由2片IDT82V2058及E1變壓器、保護(hù)電路組成，每片IDT82V2058提供8路G703線路接口，總共提供16路G.703線路接口。該電路完成了線路輸出驅(qū)動(dòng)、輸入檢測(cè)、接口保護(hù)、支路接收時(shí)鐘提取等功能。

圖2 單光口板原理框圖

2.2.2 雙光口板組成及工作原理

雙光口板提供兩路STM1光接口，根據(jù)設(shè)置的工作模式不同分別實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備功能和分插復(fù)用設(shè)備功能。除增加一路光STM1收發(fā)信外，其他組成與單光口完全一樣。

各單元電路組成和工作原理與單光口板相同。

2.2.3 2 Mb/s支路接口擴(kuò)展板1組成及工作原理

2 Mb/s支路接口擴(kuò)展板1為系統(tǒng)提供16個(gè)2 Mb/s支路接口，從而將SDH模塊的2 Mb/s支路接口擴(kuò)充到32個(gè)。該板主要由2 Mb/s映射芯片TXC-04222、2 Mb/s接口電路LIU芯片IDT82V2058、控制管理MPU、CPLD芯片、總線驅(qū)動(dòng)、電源變換等部分組成。其中CPLD選用Xilinx的XC95144XL，其作用是擴(kuò)展AT91SAM7S128 MPU的接口，并從16路2 Mb/s支路接收時(shí)鐘中選擇1路作為參考時(shí)鐘輸出到光接口板。

2 Mb/s支路接口擴(kuò)展板1框圖如圖3所示。

圖3 2 Mb/s支路接口擴(kuò)展板1原理框圖

2.2.4 2 Mb/s接口擴(kuò)展板2組成及工作原理

2 Mb/s支路接口擴(kuò)展板2完成的功能與2 Mb/s支路接口擴(kuò)展板1完全相同，因而電路組成也基本相同。

與2 Mb/s支路接口擴(kuò)展板1不同的是，2 Mb/s支路接口擴(kuò)展板2有兩組Telebus總線通過系統(tǒng)背板連接到雙光口板的FPGA上，不僅能夠作為TM設(shè)備從一個(gè)方向上下電路，而且能夠作為ADM設(shè)備從兩個(gè)方向上下電路。

3 軟硬件設(shè)計(jì)

3.1 硬件設(shè)計(jì)

3.1.1 光接口板

(1) 主要專用芯片選擇

光模塊:選擇最常用的1×9的GBIC光模塊，單+5 V供電，PELC電平輸入輸出，考慮實(shí)際使用情況，選用短距離光模塊。

CDR:選擇CY7B952實(shí)現(xiàn)線路接收時(shí)鐘的提取和發(fā)信時(shí)鐘的產(chǎn)生，并可產(chǎn)生接收信號(hào)丟失告警信號(hào)。

段開銷處理:選用PM5343STXC完成STM1段開銷處理。PM5343STXC可完成STM1幀同步、串/并轉(zhuǎn)換、誤塊檢測(cè)、數(shù)據(jù)信道的提取和插入等開銷處理等功能。

高階通道開銷處理:選用PM5344SPTX完成AU4指針調(diào)整和VC4高階通道開銷處理。

2 Mb/s支路數(shù)據(jù)映射:選用TXC-04222完成2 Mb/s支路數(shù)據(jù)的封裝、低階通道開銷處理和映射。TXC-04222一側(cè)提供2組Telebus供上下電路，滿足環(huán)網(wǎng)的組網(wǎng)要求;另一端提供HDB3編碼輸入輸出，可直接連接LIU單元。TXC-04222可提供28個(gè)2 Mb/s支路的接入，滿足本方案的容量要求。

以太網(wǎng)數(shù)據(jù)映射:選用TXC-04246完成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的封裝、低階通道開銷處理和映射。TXC-04246支持GFP，LAPS，LAPF，BCP等多種協(xié)議，有較好的兼容性，使用十分普遍。TXC-04246將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)封裝后映射到多個(gè)VC12或VC3，VC4上，因而可以靈活使用，提供不同帶寬的服務(wù)。TXC-04246外接大容量的存儲(chǔ)器，可有效緩沖數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)包的丟失。TXC-04246直接外接PHY電路，提供以太網(wǎng)接口。

LIU:選用IDT82V2058芯片作為L(zhǎng)IU，對(duì)2 Mb/s接口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)，提取2 Mb/s支路的接收時(shí)鐘，并提供接收信號(hào)丟示告警信號(hào)。每片IDT82V2058可提供8路G.703接口的輸入輸出，支持75 Ω平衡和120 Ω非平衡模式。

(2) 電原理圖設(shè)計(jì)

采用ORCAD 10.5軟件設(shè)計(jì)，生成網(wǎng)絡(luò)表。

(3) PCB設(shè)計(jì)

采用PADS2005設(shè)計(jì)。采用十層板，其中六層為走線層，四層為電源和地層，電源層分割使用。部分元器件需制作封裝。

3.1.2 2 Mb/s支路板

專用芯片選擇與光接口板相同，通過系統(tǒng)背板與光接口板連接，兩塊板之間的信號(hào)線有Telebus、串口通信線、時(shí)鐘線。前面板有運(yùn)行指示燈2只、告警指示燈2只。

PCB板采用八層板，設(shè)計(jì)要求參考光接口板相同部分。

3.1.3 背板

系統(tǒng)背板提供光接口板和2 Mb/s支路板之間的連接，并為這兩塊板供電。3U背板提供1組AddDrop Telebus總線、2組串口通信線、1組2 MHz時(shí)鐘線。4U背板提供2組AddDrop Telebus總線，其他與3U背板同。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

3.2.1 光接口板MPU軟件設(shè)計(jì)

光接口板軟件采用C語言設(shè)計(jì)，底層采用小型嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC-OSⅡ。光接口板軟件具有以下主要功能:

(1) 對(duì)PM5343，PM5344，TXC-04222，TXC-04246，F(xiàn)PGA，TDT82V2058等芯片進(jìn)行初試化，設(shè)置各芯片的工作模式，按照預(yù)先保存的配置數(shù)據(jù)設(shè)置2 Mb/s支路上下電路占用的容器，確定以太網(wǎng)數(shù)據(jù)封裝協(xié)議， 配置以太網(wǎng)數(shù)據(jù)占用的容器，配置FPGA交叉連接關(guān)系。

(2) 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光線路輸入告警信號(hào)、2 Mb/s支路輸入告警信號(hào)，對(duì)STM1誤塊數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，將告警信息和誤比特信息報(bào)告給系統(tǒng)控制板。

(3) 按照預(yù)先保存的配置對(duì)光模塊時(shí)鐘工作方式進(jìn)行設(shè)置，在時(shí)鐘工作條件發(fā)生變化時(shí)，相應(yīng)地更改時(shí)鐘同步方式，并向系統(tǒng)控制板報(bào)告。

(4) 接收并保存系統(tǒng)控制板提供的配置信息。

(5) 接受系統(tǒng)控制板的查詢和控制。

3.2.2 2 Mb/s支路接口板MPU軟件設(shè)計(jì)

與光接口板相同，2 Mb/s支路接口板軟件也采用C語言設(shè)計(jì)，底層采用小型嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC-OSⅡ。2 Mb/s支路接口軟件主要功能有:

(1) 對(duì)TXC-04222，TDT82V2058等芯片進(jìn)行初試化。按照光接口板提供的配置數(shù)據(jù)設(shè)置2 Mb/s支路上下電路占用的容器。

(2) 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)2 Mb/s支路輸入告警信號(hào)，將告警信息報(bào)告給光接口板。

(3) 按照光接口板的要求選擇輸出2 MHz接收時(shí)鐘。

3.2.3 FPGA軟件設(shè)計(jì)

采用Xilinx的ISE 9.2(或以上版本)集成開發(fā)環(huán)境和ModelTech仿真軟件，使用VHDL語言開發(fā)。實(shí)現(xiàn)的主要功能有:

(1) PM5344與TXC-04222，TXC-0426，背板Telebus的連接;

(2) 支路信號(hào)的交叉配置;

(3) 段開銷字節(jié)和數(shù)據(jù)的配置和處理;

(4) 時(shí)鐘同步的檢測(cè)和相位比較、VCO控制;

(5) MPU接口擴(kuò)展。

3.2.4 通信

SDH模塊與系統(tǒng)控制板的通信按照系統(tǒng)的要求通過串行異步通信口進(jìn)行。通信方式為主從方式，系統(tǒng)控制板為主，SDH模塊為從，SDH模塊接受系統(tǒng)控制板的查詢、并按照查詢命令回答相應(yīng)的信息。

SDH模塊內(nèi)部的通信之間通過另一組串行異步通信口進(jìn)行，通信方式為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)全雙工。

SDH網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的通信通過STM1數(shù)據(jù)通道傳送。MPU通過FPGA發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，完成節(jié)點(diǎn)間的狀態(tài)協(xié)調(diào)和傳送系統(tǒng)控制板的控制命令。

4 結(jié) 語

研制中采用能實(shí)現(xiàn)所需功能、并提供完善性能的單芯片方案，主芯片完成復(fù)接、映射、線路接口和常用業(yè)務(wù)接口等所有主要功能，只要連接各種業(yè)務(wù)接口電路、管理CPU和電源等相關(guān)電路即可實(shí)現(xiàn)低端多業(yè)務(wù)SDH接入設(shè)備的各種功能。業(yè)務(wù)接口和光路接口采用模塊化插槽形式與主系統(tǒng)連接，滿足多業(yè)務(wù)可靈活配置的需要。該設(shè)備具備性能可靠、集成度高、成本低廉、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用前景。

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