陳清亮

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

【關(guān)鍵詞】 綜合業(yè)務接入 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動通信車系統(tǒng)進行技術(shù)改造，增加部分設備，將分散的機動通信車輛組合成機動通信系統(tǒng)，以形成具有多種通信手段、多種接入方式的綜合化、網(wǎng)絡化、自動化的通信系統(tǒng)。

本文所討論的綜合復分接設備是某短波機動通信車技術(shù)改造中的核心設備，可實現(xiàn)二/四線音頻、PTT音頻、異步數(shù)據(jù)、電話、以太網(wǎng)等業(yè)務的接入和交換并可將接入的業(yè)務信息通過數(shù)字中繼接口（E1）進行遠程傳輸。

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性、擴展能力強和集成度高。本設計采用了MPC860T芯片，該芯片CPU總線為32位，總線速度最高可達80M，處理器內(nèi)部集成了通用CPU、專用通信控制RISC和定時、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)絡通信控制器和通信接口，大大增強了嵌入式系統(tǒng)的功能，簡化了系統(tǒng)設計，提高了可靠性。

三、綜合復分接設備硬件設計與實現(xiàn)

（一）綜合復分接設備硬件體系架構(gòu)

綜合復分接設備硬件設計采用模塊化設計，交換控制部分設計為系統(tǒng)板，是整個系統(tǒng)的控制核心，主要實現(xiàn)系統(tǒng)控制、業(yè)務處理和電話處理等功能；各類業(yè)務分別作為功能模塊集成在母板上，實現(xiàn)各業(yè)務接入和基本接口功能。

綜合復分接設備功能框圖如圖1所示：

綜合復分接設備整體設計分為5個部分，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，實現(xiàn)系統(tǒng)控制、業(yè)務處理和配置等功能；（2） 業(yè)務板-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、時鐘部分等，主要是對各種業(yè)務的接口電路進行設計；（3） 電源板-完成外部電源的接入和轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)交流220V或直流24V到+5V、-5V、AC75鈴流的轉(zhuǎn)換，為設備內(nèi)部各工作芯片或單元板提供工作電源，同時還包括電源濾波等；（4） 接口板-完成與外部設備硬件的連接；（5） 指示板-設備運行狀況指示。

（二）設計過程中技術(shù)難點及實現(xiàn)方法

在綜合復分接設備設計與實現(xiàn)過程中，實現(xiàn)點對多點以太網(wǎng)數(shù)據(jù)透傳功能為本設備中的技術(shù)難點。

以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通過E1傳輸透傳業(yè)務稱為特殊業(yè)務，與音頻、PTT、串口、電話業(yè)務等傳統(tǒng)業(yè)務不同的是，傳統(tǒng)業(yè)務是點對點的，在具體實現(xiàn)時要設置其路由關(guān)系，并且同一時刻傳統(tǒng)業(yè)務被限定為只向一個方向傳輸或一個節(jié)點傳輸，而以太網(wǎng)業(yè)務則要求同一時刻能向多個方向傳輸，能與多個節(jié)點組成網(wǎng)橋功能。這樣，整個系統(tǒng)在設計時必須要解決兩個問題：（1） 以太網(wǎng)業(yè)務必須要超越路由管理的限制；（2） 能與傳統(tǒng)業(yè)務融合為一體，共享E1資源。

為此本設計采用的策略為：（1）在設計系統(tǒng)軟件及網(wǎng)管軟件時，將用于透傳以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的時隙單獨處理，不受單一路由設置的限制；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)橋分別獨立對應于四個E1通道。在發(fā)送方：當網(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網(wǎng)橋的緩存中，各路網(wǎng)橋再將數(shù)據(jù)包復合到相應E1配置的時隙上去，各路之間互相獨立，無論是傳輸速度不一致還是某路出現(xiàn)傳輸錯誤進行出錯重傳，都不會影響到其他路的傳輸；在接收方，從E1相應時隙中將提取出數(shù)據(jù)包并對各數(shù)據(jù)包恢復排序，最終將合包后的數(shù)據(jù)送至網(wǎng)口。（2）在硬件設計上，采用DS33Z44專用芯片實現(xiàn)網(wǎng)橋功能設計。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 HDLC或者X.86（LAPS），在四路 PDH/TDM 數(shù)據(jù)流上進行傳輸，實現(xiàn)對四個 10/100 以太網(wǎng)LAN網(wǎng)段的擴展。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、綜合復分接設備的軟件系統(tǒng)架構(gòu)

綜合復分接設備軟件功能通過MPC8600運行基于VxWorks操作系統(tǒng)的程序（存于外部Flash中）實現(xiàn)，該軟件系統(tǒng)設計采用模塊化分級、分布式設計，各功能模塊相對獨立，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、硬件時鐘與定時管理、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基礎上，綜合復分接設備軟件采用模塊化的層次結(jié)構(gòu)設計，軟件內(nèi)部接口關(guān)系如圖2所示。各業(yè)務管理統(tǒng)一由呼叫中心（也稱控制中心）進行統(tǒng)一管理和控制，各業(yè)務端口分別對應各個功能模塊，相對較為獨立，互相之間影響小。

軟件架構(gòu)包括兩個大的部分：公共平臺部分和應用層部分。公共平臺提供基本通用的軟件，它可以應用于多種應用類型的交換系統(tǒng)、接入系統(tǒng)、設備管理系統(tǒng)等，具體包括各類硬件驅(qū)動軟件、實時操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡協(xié)議等。應用部分軟件是用來滿足用戶的各種應用需要的軟件，具體包括業(yè)務應用層和配置管理層。以下是主要模塊功能介紹：（1）實時操作系統(tǒng)。實時操作系統(tǒng)（RTOS）完成基本的操作系統(tǒng)功能，如任務、定時器、信號燈等的創(chuàng)建和應用。（2）硬件驅(qū)動層。硬件驅(qū)動層主要負責硬件的初始化、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)絡協(xié)議層。網(wǎng)絡協(xié)議層主要是為網(wǎng)絡管理、信息配置、網(wǎng)絡地址路由提供基礎，主要使用Tornado內(nèi)置網(wǎng)絡協(xié)議模塊。（4）業(yè)務應用層。業(yè)務應用層提供應用系統(tǒng)的呼叫處理功能和業(yè)務控制功能以滿足用戶的不同業(yè)務需求。（5）配置管理層。配置管理層主要負責與配置管理終端的通信，實現(xiàn)系統(tǒng)的業(yè)務數(shù)據(jù)配置、日志管理、遠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用的MPC860作為核心芯片，配以其他功能芯片實現(xiàn)了基于嵌入式技術(shù)的綜合復分接設備。綜合復分接設備應用了嵌入式操作系統(tǒng)、時隙復用技術(shù)和E1/以太網(wǎng)技術(shù)三項重要技術(shù)，實現(xiàn)了多種業(yè)務的復用。

目前國內(nèi)市場上有很多基于E1的綜合業(yè)務復用設備的設備生產(chǎn)商，但他們的設備只能滿足部分業(yè)務的透明傳輸，不能滿足對短波電臺的特殊PTT音頻接口以及各設備之間的零活組網(wǎng)應用。通過本綜合復分接設備的成功研制，解決了用戶的實際問題，目前已成功應用于多個用戶的機動通信系統(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

[1] 孔祥營. 嵌入式實施操作系統(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)及應用[M]. 機械工業(yè)出版社. 2006

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

[4] 毛德操，胡希明. 嵌入式系統(tǒng)的組成、設計、與調(diào)試[J]. 航空計算機技術(shù). 2003

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

[6] 李春光，趙月，王旭春. 嵌入式微處理器與FLASH閃存的接口設計實現(xiàn)[J]. 北京：微計算機信息，2006