針對通道化0C48 POS線卡提出的基于PM5360和FPGA的設(shè)計方案

SDH技術(shù)是最重要的寬帶傳輸技術(shù)，該技術(shù)也是一種光纖傳輸體制，它以同步傳送模塊（STM-1,155Mbit/s）為基本概念，其模塊由信息凈負荷（payload）、段開銷（SOH）、管理單元指針（AU）構(gòu)成，其突出特點是利用虛容器方式兼容各種PDH體系。SDH傳輸網(wǎng)具有智能化的路由配置能力、上下電路方便、維護監(jiān)控管理能力強、光接口標準統(tǒng)一等優(yōu)點。SDH（Synchronous Digital Hierarchy,同步數(shù)字系列）光端機容量較大，一般是16E1到4032E1. SDH是一種將復接、線路傳輸及交換功能融為一體、并由統(tǒng)一網(wǎng)管系統(tǒng)操作的綜合信息傳送網(wǎng)絡(luò)，是美國貝爾通信技術(shù)研究所提出來的同步光網(wǎng)絡(luò)（SONET）。國際電話電報咨詢委員會（CCITT）（現(xiàn)ITU-T）于1988年接受了SONET 概念并重新命名為SDH,使其成為不僅適用于光纖也適用于微波和衛(wèi)星傳輸?shù)耐ㄓ眉夹g(shù)體制。 它可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)有效管理、實時業(yè)務監(jiān)控、動態(tài)網(wǎng)絡(luò)維護、不同廠商設(shè)備間的互通等多項功能，能大大提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率、降低管理及維護費用、實現(xiàn)靈活可靠和高效的網(wǎng)絡(luò)運行與維護，因此是當今世界信息領(lǐng)域在傳輸技術(shù)方面的發(fā)展和應用的熱點，受到人們的廣泛重視。

在實際使用中，SDH信號有2種：一種是整體信號（concatenated mode,在其速率等級標識中以"c"結(jié)尾），這種信號直接采用高階虛容器進行數(shù)據(jù)映射，因此無法將其明確的分為多個155 M或者622 M信號；另一種是通道化信號（channelized mode,在其速率等級結(jié)尾處沒有"c"），這種信號是由低階虛容器逐級映射而得到，因此對STM-16信號，它可通過區(qū)分幀結(jié)構(gòu)內(nèi)部的字節(jié)陣列來得到多個155 M信號或者622 M信號。

對應于上述2種SDH信號，在POS傳輸中有2類線卡，一類用于處理整體SDH信號，一類用于處理通道化POS信號，這里重點討論后者。通道化POS線卡在目前主要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應商的產(chǎn)品目錄里較少提及，但是其應用領(lǐng)域卻越來越廣。隨著寬帶接入需求的不斷發(fā)展，許多企事業(yè)單位都需要租用獨享的鏈路，通道化的 POS不僅能夠滿足這一要求，而且由于其對信號的匯聚能力強。

本文首先對通道化0C48（2.5 G）的設(shè)計需求進行分析，據(jù)此提出了基于PM5360和FPGA的整體設(shè)計方案，鑒于鏈路層處理器件PM5360在設(shè)計中的獨到之處以及使用中的難點，論文重點分析了其使用要點和難點，并給出了能夠靈活支持多種模式的芯片配置方法和軟件設(shè)計。

1 設(shè)計需求分析

0C48通道化線卡的設(shè)計除需要滿足通道化POS信號的處理需求外，還需要根據(jù)其可能的應用領(lǐng)域進一步確定，主要包括：1）能夠?qū)νǖ阑疧C48信號進行最小粒度為0C3的處理，需要支持單一OC3、單一OCl2以及混合方式，通道化0C48模式下的每個0C12能夠進一步通道化為更細粒度的4個 0C3;2）兼容非通道化的0C3c、OCl2c、OC48c信號處理；3）支持上述工作模式的動態(tài)配置；4）支持IP包的線速處理。

2 整體方案

由于需要滿足支持OC-3、OC-12和OC-48 3種不同速率的POS接口，因此選用Sumitomo Eleetric公司的SCP6802-GL和SCP6808-GL 2種型號的光器件，完成光電轉(zhuǎn)換功能。其中SCP6802-GL支持155 M/622M 2種POS接入速率，SCP6808-GL支持2.5 G POS接入速率，2種器件的封裝兼容，且支持熱插拔，可以根據(jù)接口需求方便的轉(zhuǎn)換。

鏈路層處理是線卡要完成的關(guān)鍵功能，根據(jù)需求分析，這里選用PMC公司的PM5360為主處理器，該器件采用"成幀器與物理接口一體化"設(shè)計思路，將鏈路層處理和物理層處理功能集成在單一芯片內(nèi)部。

該器件支持l路OC48,或支持總速率不超過OC48的4路OC3與0C12的任意組合，并支持接口工作模式的動態(tài)改變；根據(jù)Internet工程任務組 （IETF）PPP工作組的RFC 2615（1619）/1662,執(zhí)行基于SONET/SDH規(guī)范的點對點協(xié)議（PPP）：為POS或ATM應用提供SATURN POS-PHY第3層32位系統(tǒng)接口（時鐘頻率高達104 MHz），即標準的SPl3接口；支持每個傳輸串行流的獨立環(huán)路時鐘工作方式；支持從每條線路端接收流至相應傳輸流的獨立線路環(huán)回，以及支持從線路端傳輸流至相應線路端接收流接口的獨立診斷環(huán)回。

報文處理模塊采用FPGA完成，根據(jù)對資源需求的估算，選擇Xilinx公司的Virtex-II XC2VP70實現(xiàn)。在FPGA內(nèi)部完成對于PPP幀的處理，此外，板級處理機還利用FPGA完成對各關(guān)鍵器件的初始化及相關(guān)配置。

PM5360通過一組SPI-3接口經(jīng)接口適配模塊進入FPGA內(nèi)部。根據(jù)系統(tǒng)管理需求，線卡通過MPC860完成控制管理功能，基于VxWorks操作系統(tǒng)設(shè)計板級軟件，完成初始化、各模塊配置、運行狀態(tài)監(jiān)測、統(tǒng)計信息上報等功能。

3 PM5360應用要點與難點

由于PM5360集成的功能豐富，其內(nèi)部電路復雜，可配置寄存器數(shù)量超過2 000個，因此其應用難度較大。根據(jù)筆者的調(diào)試經(jīng)驗，下面對該器件在通道化應用下的難點進行解釋，主要包括間接寄存器讀寫方法及調(diào)度機的設(shè)計等。

在PM5350的寄存器里，除了能夠直接按照訪存方式讀寫的寄存器外，還有大量間接寄存器，此類寄存器對POS模式下的器件工作方式尤為重要，但其配置方式特殊，因此本文對其使用要點進行總結(jié)，如圖2所示。

在PM5360內(nèi)部有一個內(nèi)置調(diào)度機，負責按照配置好的調(diào)度順序讀取各個通道的數(shù)據(jù)并放人接口緩存中，由于該芯片采用物理標識（PHID）和內(nèi)部通道號同時存在的設(shè)計思路，而且通道化應用下單個物理通道內(nèi)具有多個數(shù)據(jù)流，因此調(diào)度機的設(shè)計更復雜。

表1總結(jié)了調(diào)度機的設(shè)計要點，具體應用中，根據(jù)需要的模式將該表中的相應數(shù)值和對應的物理標識通過間接寄存器接口寫入地址為0x0335的寄存器。

另外，在應用中需要注意的是，PM5360在每個通道內(nèi)都置有2組并行的模塊：xCFP和xTDP.其中xCFP包括RCFP（接收方向信元和幀處理器） 和TCFP（發(fā)送方向信元和幀處理器），xCFP用于0C12和OC48模式下的數(shù)據(jù)處理。xTDP包括RTDP（接收方向時間片數(shù)據(jù)通信處理器）和TTDP（發(fā)送方向時間片數(shù)據(jù)通信處理器），用于OC3模式下的數(shù)據(jù)處理。

值得指出的是，由于PM5360內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，模塊眾多，同時數(shù)據(jù)處理路徑上的許多單元具有很強的關(guān)聯(lián)性，因此廠家建議了一個較為嚴格的復位與配置順序，基本原則可以總結(jié)為"按照數(shù)據(jù)流向，先完成邏輯單元配置，再完成物理單元配置，最后使能功能模塊",在實際中應照此原則執(zhí)行。

4 支持動態(tài)模式的PM5360配置軟件設(shè)計

本設(shè)計中的線卡支持多種工作模式，因此要求PM5360能夠根據(jù)需要動態(tài)改變其內(nèi)部寄存器配置，本部分給出其配置函數(shù)的設(shè)計要點。圖3是支持動態(tài)模式的 PM5360配置函數(shù)。

該函數(shù)的基本形式為：PM5350_Config（unsigned charmode,unsigned char pathO_mode,unsigned char pathl_mode,unsigned char path2_mode,unsigned ehar path3_mode）。該函數(shù)的5個參數(shù)均為unsigned char類型，其中第1個參數(shù)mode用于指示器件處于通道化工作狀態(tài)還是非通道化狀態(tài)，其余4個函數(shù)分別代表其4個通道的工作狀態(tài)。

根據(jù)路由器的體系結(jié)構(gòu)特點，線卡等功能部件通過內(nèi)部通信系統(tǒng)與主控聯(lián)系，獲取配置信息，并實時上報自身的運行狀態(tài)信息和相關(guān)統(tǒng)計信息。

5 性能測試

為了測試通道化單板的功能和性能，設(shè)計如圖4所示的測試方案。其基本原理是：按照該線卡在實際網(wǎng)絡(luò)中的應用特征，由測試控制臺發(fā)出命令控制網(wǎng)絡(luò)測試平臺 AX4000按照所需模式發(fā)送數(shù)據(jù)至待測線卡，線卡接收數(shù)據(jù)后按照其內(nèi)部處理機制完成報文處理。

測試的主要內(nèi)容是通道化混合信道類型支持能力，具體指標包括丟包率、時延和時延抖動等。測試結(jié)果表明，所設(shè)計的線卡能夠支持需求分析所提出的全部功能指標，并且在100%鏈路利用率下，能夠線速處理全部報文，丟包率為0,且各種性能指標符合設(shè)計要求。表2給出了時延測試結(jié)果。

6 結(jié)束語

本文基于PM5360和FPGA設(shè)計通道化OC48線卡，討論設(shè)計需求，給出總體設(shè)計方案，重點分析PM5360的使用要點和難點，并給出能夠動態(tài)變換工作模式的芯片配置方法。