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        基于MPC860的綜合復(fù)分接設(shè)備設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

        2014-07-29 10:46:39陳清亮
        中國新通信 2014年4期
        關(guān)鍵詞:嵌入式系統(tǒng)

        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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(chǔ)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(duì)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(duì)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(chǔ)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(duì)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(jí)、分布式設(shè)計(jì),各功能模塊相對(duì)獨(dú)立,互不影響。

        VxWorks操作系統(tǒng)提供了MPC860的板級(jí)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(duì)應(yīng)各個(gè)功能模塊,相對(duì)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(tái)部分和應(yīng)用層部分。公共平臺(tái)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(hào)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(duì)短波電臺(tái)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)

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        [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

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