CE1路由器的硬軟件設計方案 - 全文

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　　1 引言

　　近年來，伴隨著各種通信技術突飛猛進的發(fā)展，各種網(wǎng)絡業(yè)務和服務對網(wǎng)絡帶寬提出了越來越高的要求。SDH/SONET 作為一種傳輸技術，其優(yōu)點是傳輸速率高，傳輸延時小，可組成自愈環(huán)網(wǎng)絡，使網(wǎng)上傳輸?shù)臉I(yè)務得到充分保護，在傳輸網(wǎng)上被大量采用，成為目前光纖網(wǎng)上的骨干傳輸技術。

　　2 CPOS 路由器介紹

　　2.1 CPOS 工作原理

　　SDH 傳輸業(yè)務信號時各種業(yè)務信號要進入SDH 的幀都要經(jīng)過映射、定位和復用三個步驟：映射是將各種速率的信號先經(jīng)過碼速調整裝入相應的標準容器(C)，再加入通道開銷(POH)形成虛容器(VC)的過程，幀相位發(fā)生偏差稱為幀偏移;定位即是將幀偏移信息收進支路單元(TU)或管理單元(AU)的過程，它通過支路單元指針(TU PTR)或管理單元指針(AU PTR)的功能來實現(xiàn);復用則是將多個低價通道層信號通過碼速調整使之進入高價通道或將多個高價通道層信號通過碼速調整使之進入復用層的過程。

　　SDH 能夠從高速信號中直接分/插出低速支路信號(例如2Mbit/s)，這是因為低速支路信號在高速SDH 信號幀中的位置有預見性，而預見性的實現(xiàn)就在于SDH 幀結構中存在著管理單元指針(AU-PTR)。AU-PTR 是用來指示信息凈負荷的第一個字節(jié)在STM-N 幀內的準確位置的指示符，以便收端能根據(jù)這個位置指示符的值(指針值)正確分離信息凈負荷。指針有高、低階之分，高階指針是AU-PTR，低階指針是TU-PTR，支路單元指針(TU- PTR)的作用類似于AU-PTR 只不過所指示的信息更加具體。

　　CPOS 光接口板采用的是STM-1----->AU4----->3 TUG3----->7 TUG2----->3TU12 的映射路徑，從而將(155M/S)STM-1 分拆為63 個(2M/S)的E1 數(shù)據(jù)信號，從而在廣域網(wǎng)上實現(xiàn)63 個網(wǎng)點數(shù)據(jù)的匯聚。

　　2.2 CPOS 的應用

　　SDH 的最低接入速率是155M bits/s(STM-1)，STM-1 線路(即我們的CPOS)從用戶匯聚中心通過電信接入網(wǎng)到達電信傳輸機房，通過 ODF(Optical Fiber Distribution Frame , 光纖配線架)接入到ADM (Add and Drop Multiplexer , 分插復用器)設備，在ADM 設備上拆分成2M E1 的 PDH 線路，再通過DDF (Digital Distribution Frame，數(shù)字配線架)和電信接入網(wǎng)到達用戶網(wǎng)點現(xiàn)場。從而實現(xiàn)63 路E1 數(shù)據(jù)的傳輸匯總。組建相應的廣域網(wǎng)。

　　3 CPOS 硬件設計

　　3.1 Mindspeed SDH/SONET 套片

　　CPOS 的功能主要由3 顆芯片CX28500，CX29503，CX29600 組成，CX29503，CX29610負責信號的分拆/復用處理，CX28500 負責數(shù)據(jù)的收發(fā)處理。

　　3.1.1 CX28500 芯片

　　MindSpeed 公司CX28500 是一個高吞吐量的通信控制器，用于同步操作或最多支持1024 個數(shù)據(jù)信道的鏈路層應用。每個信道可以配置HDLC，Transparent 或SS7。MUSYCC工作在OSI 模型的第二層，它安裝在多路串行接口設備和一個或多個主機控制器的共享緩沖內存之間。MUSYCC 不但可以作為PCI 控制器，同時還可以提供32 比特本地擴展總線(EBUS)控制器，它允許主機處理器直接通過MUSYCC 在PCI 上使用配置內存映射的特性來訪問本地內存和物理接口設備。MUSYCC 采用相同的鏈表處理結構為每一個活動的數(shù)據(jù)信道管理內存緩沖區(qū)，它的特性允許在內存緩沖區(qū)和串口設備間以最小的主機處理器的干涉來傳輸數(shù)據(jù)，從而允許主機處理器可以集中處理高層的協(xié)議棧。

　　3.1.2 CX29503 芯片

　　CX29503 寬帶通道多路復用器是一個高度集成的芯片，它能夠進行映射，復用，分拆和成幀操作，它能夠把3 個STS-1，AU-3，DS3，E3 或者1 個AU-4 輸入轉換為84 個DS1或63 個E1 的可用的組合。CX29503 可以被用做一個SONET/SDH-TO-PDH 映射器，可以以51Mbps，2Mbps 和1.5Mbps 的速率支持所有的標準映射，它也可以僅僅被用做一個PDH設備。它產(chǎn)生和結束所有的虛支路(VT)和虛容器路徑開銷字節(jié)。CX29503 內部包含3 個嵌入式的DS3/E3 成幀器，3 個支持G.747 的M13/E13 復用/分拆單元，84 個嵌入式的DS1成幀器，63 個嵌入式的E1 成幀器。其他的特性包括對于所有可支持的支路，都設計了標準化的告警標志符，狀態(tài)監(jiān)控和錯誤計數(shù)器，此外還擁有一個嵌入式的命令與狀態(tài)處理器，它可以替主機承擔主要的網(wǎng)絡維護操作。

　　3.1.3 CX29610 芯片

　　CX29610 主要負責頭開銷的產(chǎn)生和消除，同時把進來的STM-1 信號轉換為3 個STS-1信號通過SI-BUS 與CX29503 芯片相連。

　　3.2 板卡設計

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　　圖 1 CPOS 板卡線路圖

　　如 CPOS 板卡結構圖所示，CPOS 的功能主要由3 顆芯片CX28500，CX29503，CX29600組成，CX29503，CX29600 負責信號的分拆/復用處理，CX28500 負責數(shù)據(jù)的收發(fā)處理，通過PCI 和主板內存進行數(shù)據(jù)交互。

　　4 CPOS 驅動軟件設計

　　4.1 驅動軟件結構

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　　如圖中所示，驅動軟件由六個功能性的模塊組成，分別是芯片初始化，硬件中斷處理，數(shù)據(jù)接收發(fā)送，接口狀態(tài)掃描，配置命令處理，錯誤狀態(tài)處理。整個驅動軟件的設計也是圍繞著這六大模塊進行的。

　　芯片初始化模塊： 該模塊負責初始化 PCI 和各個芯片，注冊中斷處理函數(shù)，使能相關的中斷，動態(tài)為各個芯片分配相應的數(shù)據(jù)結構，初始化相關的變量。

　　硬件中斷處理模塊：負責處理HDLC 多路通道控制器CX28500 所引起的各種中斷，如通道使能，通道關閉，發(fā)送結束中斷，數(shù)據(jù)幀接收中斷，COFA，OWNER 錯誤中斷等。

　　數(shù)據(jù)接收發(fā)送模塊：負責把上層HDLC 模塊或PPP 模塊傳送給底層的數(shù)據(jù)放入相應的接口發(fā)送出去，負責把接收到的數(shù)據(jù)包傳送給上層模塊處理，同時在此模塊中還需申請釋放用來發(fā)送接收數(shù)據(jù)包的緩沖區(qū)。

　　接口狀態(tài)掃描模塊：該模塊需對物理接口不停地進行掃描以取得當前通信鏈路的狀態(tài)，比如信號丟失，光纖的插拔等，同時，在該模塊中需要在接口狀態(tài)發(fā)生變化時，對各子接口進行處理。

　　配置命令處理模塊：該模塊對MMI 傳下來的命令進行解析，并執(zhí)行相應的配置操作，如接口的生成，接口的取消操作，回環(huán)的設置，配置命令的保存等，并對無效的命令進行處理。

　　錯誤狀態(tài)處理模塊：當發(fā)生信號丟失，CRC 校驗錯，OWNER 錯等情況時，進行相應的處理，統(tǒng)計發(fā)生錯誤的數(shù)目等。

　　4.2 驅動軟件流程

　　4.1.1 initsys

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　　從sys 模塊中得到得到當前系統(tǒng)的相關參數(shù)，包括：每個PCI 插槽的membase，中斷號，當前系統(tǒng)所插板卡的數(shù)目，每個PCI 插槽上設備的類型和設備參數(shù)等。同時需要建立相應的數(shù)據(jù)結構，并對數(shù)據(jù)結構進行初始化。

　　4.1.2 initdevice

　　按照需求對硬件設備進行初始化，包括：PCI 配置空間的初始化，CX28500多路通道控制器的初始化，CX29503，CX29600 信號處理芯片的的初始化，中斷處理函數(shù)的注冊，中斷使能。

　　4.1.3 registerinterfacescan

　　注冊接口掃描處理函數(shù)，對接口的狀態(tài)以1 秒為周期不停地進行掃描，對不同的情形進行處理，例如光纖的插拔，線路不穩(wěn)定，信號丟失等。

　　4.1.4 registersenddatafunction

　　注冊數(shù)據(jù)發(fā)送處理函數(shù)，供HDLC 模塊進行調用，用來發(fā)送HDLC 數(shù)據(jù)包。

　　4.1.5 mmicmdprocess

　　配置命令接收和處理操作，接收上層模塊發(fā)給驅動模塊的配置命令并進行相應的配置操作，常見的配置命令有：接口的生成命令，接口的取消命令，顯示當前配置命令，保存當前配置命令，回環(huán)配置命令，時鐘配置命令等。

　　4.3 數(shù)據(jù)輸入輸出處理

　?、貱POS 路由器板卡通過光模塊與外部的光纖相連接，在接收方向上，通過信號處理芯片把高速的STM-1 信號分拆為63 路低速的E1 信號之后，CX28500 芯片中被分配了對應時隙，適當?shù)木彌_區(qū)，同時緩沖區(qū)描述符被正確地進行了設置的通道就會接收對應時隙中所傳入的E1 數(shù)據(jù)，隨后CX28500 芯片中的DMA 控制器把接收到的數(shù)據(jù)通過PCI 放入我們之前為通道申請的緩沖區(qū)中，同時中斷控制器會產(chǎn)生數(shù)據(jù)接收的中斷通知我們到緩沖區(qū)中去取數(shù)據(jù)，然后我們將接收到的數(shù)據(jù)包上傳給HDLC/PPP 協(xié)議模塊。

　?、诮?jīng)過HDLC/PPP 協(xié)議模塊處理之后，數(shù)據(jù)包被傳遞給TCP/IP 協(xié)議棧進行處理，TCP/IP協(xié)議棧會根據(jù)系統(tǒng)中路由表的信息將所收到的數(shù)據(jù)包轉發(fā)到正確的接口，如果目標IP 地址不存在，丟棄該數(shù)據(jù)包。

　?、墼诎l(fā)送方向上，與接收方向相反，TCP/IP 協(xié)議棧把要發(fā)送的數(shù)據(jù)包傳給HDLC 模塊，HDLC 模塊會調用我們所注冊的數(shù)據(jù)發(fā)送處理函數(shù)，在數(shù)據(jù)發(fā)送處理函數(shù)中把要發(fā)送的數(shù)據(jù)包掛入到相應接口對應通道的緩沖區(qū)中，同時把緩沖區(qū)的描述符進行配置。CX28500 DMA控制器隨后會根據(jù)緩沖區(qū)描述符，用戶設定的緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的長度從內存中把數(shù)據(jù)包取出，當通道對應的時隙到來時，把數(shù)據(jù)發(fā)送出去，數(shù)據(jù)發(fā)送結束之后，把發(fā)送數(shù)據(jù)所使用的內存釋放掉。

　　5 結語

　　本文介紹了CE1 路由器的概念及其在現(xiàn)實中的應用，并且針對 MINDSPEEDSONET/SDH 套片提出了CE1 路由器的硬件設計方案和軟件設計方案。隨著通信技術的進步，CE1 路由器必定得到越來越廣泛的應用。

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