陳清亮

【摘要】 本文根據(jù)用戶實(shí)際應(yīng)用需要提出了一種基以MPC860的綜合復(fù)分接設(shè)備設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案。方案中利用以具有代表性的廣泛應(yīng)用的MPC860作為核心芯片，配以其他功能芯片設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了基于嵌入式技術(shù)的綜合復(fù)分接設(shè)備，該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)二/四線音頻、PTT音頻、異步數(shù)據(jù)、電話、以太網(wǎng)等業(yè)務(wù)的接入和交換并可將接入的業(yè)務(wù)信息通過數(shù)字中繼接口（E1）進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸。

【關(guān)鍵詞】 綜合業(yè)務(wù)接入 嵌入式系統(tǒng) MPC860

一、引言

某用戶根據(jù)形勢發(fā)展需要，需要對目前的短波機(jī)動(dòng)通信車系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，增加部分設(shè)備，將分散的機(jī)動(dòng)通信車輛組合成機(jī)動(dòng)通信系統(tǒng)，以形成具有多種通信手段、多種接入方式的綜合化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化的通信系統(tǒng)。

本文所討論的綜合復(fù)分接設(shè)備是某短波機(jī)動(dòng)通信車技術(shù)改造中的核心設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)二/四線音頻、PTT音頻、異步數(shù)據(jù)、電話、以太網(wǎng)等業(yè)務(wù)的接入和交換并可將接入的業(yè)務(wù)信息通過數(shù)字中繼接口（E1）進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸。

二、MPC860處理器簡介

MPC860是Mororla公司嵌入式芯片MPC8XX系列微處理器中的一種，它內(nèi)部集成了微處理器和一些控制領(lǐng)域的常用的外圍組件，特別適用于通信產(chǎn)品，器件具有良好的適應(yīng)性、擴(kuò)展能力強(qiáng)和集成度高。本設(shè)計(jì)采用了MPC860T芯片，該芯片CPU總線為32位，總線速度最高可達(dá)80M，處理器內(nèi)部集成了通用CPU、專用通信控制RISC和定時(shí)、DMA、緩沖區(qū)管理等資源，可提供10/100M以太網(wǎng)控制器、HDLC同步通信控制器和異步通信控制器等多種網(wǎng)絡(luò)通信控制器和通信接口，大大增強(qiáng)了嵌入式系統(tǒng)的功能，簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高了可靠性。

三、綜合復(fù)分接設(shè)備硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（一）綜合復(fù)分接設(shè)備硬件體系架構(gòu)

綜合復(fù)分接設(shè)備硬件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，交換控制部分設(shè)計(jì)為系統(tǒng)板，是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制、業(yè)務(wù)處理和電話處理等功能；各類業(yè)務(wù)分別作為功能模塊集成在母板上，實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)接入和基本接口功能。

綜合復(fù)分接設(shè)備功能框圖如圖1所示：

綜合復(fù)分接設(shè)備整體設(shè)計(jì)分為5個(gè)部分，各部分組成及功能如下：（1） 系統(tǒng)板-主要包括：CPU子系統(tǒng)、DSP子系統(tǒng)、以太交換模塊和CPLD邏輯處理模塊等，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制、業(yè)務(wù)處理和配置等功能；（2） 業(yè)務(wù)板-也稱母板，包括：FPGA、CPLD、PHY接口、E1接口、異步數(shù)據(jù)接口、音頻接口、PTT接口、電話接口、時(shí)鐘部分等，主要是對各種業(yè)務(wù)的接口電路進(jìn)行設(shè)計(jì)；（3） 電源板-完成外部電源的接入和轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)交流220V或直流24V到+5V、-5V、AC75鈴流的轉(zhuǎn)換，為設(shè)備內(nèi)部各工作芯片或單元板提供工作電源，同時(shí)還包括電源濾波等；（4） 接口板-完成與外部設(shè)備硬件的連接；（5） 指示板-設(shè)備運(yùn)行狀況指示。

（二）設(shè)計(jì)過程中技術(shù)難點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)方法

在綜合復(fù)分接設(shè)備設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程中，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對多點(diǎn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)透傳功能為本設(shè)備中的技術(shù)難點(diǎn)。

以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通過E1傳輸透傳業(yè)務(wù)稱為特殊業(yè)務(wù)，與音頻、PTT、串口、電話業(yè)務(wù)等傳統(tǒng)業(yè)務(wù)不同的是，傳統(tǒng)業(yè)務(wù)是點(diǎn)對點(diǎn)的，在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)要設(shè)置其路由關(guān)系，并且同一時(shí)刻傳統(tǒng)業(yè)務(wù)被限定為只向一個(gè)方向傳輸或一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸，而以太網(wǎng)業(yè)務(wù)則要求同一時(shí)刻能向多個(gè)方向傳輸，能與多個(gè)節(jié)點(diǎn)組成網(wǎng)橋功能。這樣，整個(gè)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)必須要解決兩個(gè)問題：（1） 以太網(wǎng)業(yè)務(wù)必須要超越路由管理的限制；（2） 能與傳統(tǒng)業(yè)務(wù)融合為一體，共享E1資源。

為此本設(shè)計(jì)采用的策略為：（1）在設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件及網(wǎng)管軟件時(shí)，將用于透傳以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的時(shí)隙單獨(dú)處理，不受單一路由設(shè)置的限制；這樣只要E1的物理線路通，網(wǎng)口數(shù)據(jù)就能透傳過去。在網(wǎng)口數(shù)據(jù)的處理上，用4路網(wǎng)橋分別獨(dú)立對應(yīng)于四個(gè)E1通道。在發(fā)送方：當(dāng)網(wǎng)口收到數(shù)據(jù)后，以數(shù)據(jù)包的形式分別存儲到四個(gè)網(wǎng)橋的緩存中，各路網(wǎng)橋再將數(shù)據(jù)包復(fù)合到相應(yīng)E1配置的時(shí)隙上去，各路之間互相獨(dú)立，無論是傳輸速度不一致還是某路出現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤進(jìn)行出錯(cuò)重傳，都不會(huì)影響到其他路的傳輸；在接收方，從E1相應(yīng)時(shí)隙中將提取出數(shù)據(jù)包并對各數(shù)據(jù)包恢復(fù)排序，最終將合包后的數(shù)據(jù)送至網(wǎng)口。（2）在硬件設(shè)計(jì)上，采用DS33Z44專用芯片實(shí)現(xiàn)網(wǎng)橋功能設(shè)計(jì)。DS33Z44芯片是一款4路以太網(wǎng)到HDLC的映射器，DS33Z44 通過將 MAC 幀封裝進(jìn) HDLC或者X.86（LAPS），在四路 PDH/TDM 數(shù)據(jù)流上進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)對四個(gè) 10/100 以太網(wǎng)LAN網(wǎng)段的擴(kuò)展。該器件能以全線路速率執(zhí)行數(shù)據(jù)包存儲轉(zhuǎn)發(fā)，內(nèi)建約定信息速率（CIR）控制器，在最大線路速率范圍內(nèi)，提供步長512kbps的帶寬分配。芯片內(nèi)置SDRAM控制器，可直接外接128Mbit的SDRAM實(shí)現(xiàn)對以太網(wǎng)數(shù)據(jù)和廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)緩存。

四、綜合復(fù)分接設(shè)備的軟件系統(tǒng)架構(gòu)

綜合復(fù)分接設(shè)備軟件功能通過MPC8600運(yùn)行基于VxWorks操作系統(tǒng)的程序（存于外部Flash中）實(shí)現(xiàn)，該軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用模塊化分級、分布式設(shè)計(jì)，各功能模塊相對獨(dú)立，互不影響。

VxWorks操作系統(tǒng)提供了MPC860的板級支持包（BSP）。BSP提供了軟件調(diào)用MPC860硬件功能和資源的接口，包括MPC860的初始化、中斷處理與產(chǎn)生、硬件時(shí)鐘與定時(shí)管理、局部和總線內(nèi)存空間的映射、內(nèi)存大小定義等。

在VxWorks提供的BSP基礎(chǔ)上，綜合復(fù)分接設(shè)備軟件采用模塊化的層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，軟件內(nèi)部接口關(guān)系如圖2所示。各業(yè)務(wù)管理統(tǒng)一由呼叫中心（也稱控制中心）進(jìn)行統(tǒng)一管理和控制，各業(yè)務(wù)端口分別對應(yīng)各個(gè)功能模塊，相對較為獨(dú)立，互相之間影響小。

軟件架構(gòu)包括兩個(gè)大的部分：公共平臺部分和應(yīng)用層部分。公共平臺提供基本通用的軟件，它可以應(yīng)用于多種應(yīng)用類型的交換系統(tǒng)、接入系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)等，具體包括各類硬件驅(qū)動(dòng)軟件、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等。應(yīng)用部分軟件是用來滿足用戶的各種應(yīng)用需要的軟件，具體包括業(yè)務(wù)應(yīng)用層和配置管理層。以下是主要模塊功能介紹：（1）實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）完成基本的操作系統(tǒng)功能，如任務(wù)、定時(shí)器、信號燈等的創(chuàng)建和應(yīng)用。（2）硬件驅(qū)動(dòng)層。硬件驅(qū)動(dòng)層主要負(fù)責(zé)硬件的初始化、管理和控制。包括FPGA、CPLD、DSP及網(wǎng)口芯片等的初始化和處理。（3）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層主要是為網(wǎng)絡(luò)管理、信息配置、網(wǎng)絡(luò)地址路由提供基礎(chǔ)，主要使用Tornado內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模塊。（4）業(yè)務(wù)應(yīng)用層。業(yè)務(wù)應(yīng)用層提供應(yīng)用系統(tǒng)的呼叫處理功能和業(yè)務(wù)控制功能以滿足用戶的不同業(yè)務(wù)需求。（5）配置管理層。配置管理層主要負(fù)責(zé)與配置管理終端的通信，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)配置、日志管理、遠(yuǎn)程命令行接口等功能。

五、結(jié)語

我們以具有代表性的廣泛應(yīng)用的MPC860作為核心芯片，配以其他功能芯片實(shí)現(xiàn)了基于嵌入式技術(shù)的綜合復(fù)分接設(shè)備。綜合復(fù)分接設(shè)備應(yīng)用了嵌入式操作系統(tǒng)、時(shí)隙復(fù)用技術(shù)和E1/以太網(wǎng)技術(shù)三項(xiàng)重要技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多種業(yè)務(wù)的復(fù)用。

目前國內(nèi)市場上有很多基于E1的綜合業(yè)務(wù)復(fù)用設(shè)備的設(shè)備生產(chǎn)商，但他們的設(shè)備只能滿足部分業(yè)務(wù)的透明傳輸，不能滿足對短波電臺的特殊PTT音頻接口以及各設(shè)備之間的零活組網(wǎng)應(yīng)用。通過本綜合復(fù)分接設(shè)備的成功研制，解決了用戶的實(shí)際問題，目前已成功應(yīng)用于多個(gè)用戶的機(jī)動(dòng)通信系統(tǒng)的改造，有效的保障了用戶緊急狀態(tài)下的短波通信。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 孔祥營. 嵌入式實(shí)施操作系統(tǒng)VxWorks及開發(fā)環(huán)境[M]. 中國電力出版社. 2002

[2] 陳曉行，道克剛. Power PC860嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社. 2006

[3] 林建中等. 數(shù)字傳輸技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 北京郵電大學(xué)出版社. 2003

[4] 毛德操，胡希明. 嵌入式系統(tǒng)的組成、設(shè)計(jì)、與調(diào)試[J]. 航空計(jì)算機(jī)技術(shù). 2003

[5] 田澤. 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用教程[M]. 北京航空航天大學(xué)出版社，2005

[6] 李春光，趙月，王旭春. 嵌入式微處理器與FLASH閃存的接口設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)[J]. 北京：微計(jì)算機(jī)信息，2006