摘 要： 介紹了一種采用MCS－51系列兼容的Dallas半導體公司的高速DS80C320作為核心器件實現對復雜SDH系統的管理監控方案，以及系統的軟硬件設計和實現。
關鍵詞： 單片機 同步數字序列(SDH) 準同步數字序列(SDH) 同步傳遞模塊(STM) 分插復用器(ADM)
同步數字序列SDH(Synchronous Digital Hierarchy) 是一種全新的傳輸網體制，自從90年代初出現以來，SDH以其各方面的優越性迅速成為通信網絡的骨干網絡。目前世界各國大多以SDH作為通信的骨干網絡。在我國，干線網絡也基本采用了SDH網絡。
SDH系統與原有PDH(Plesiochronous Digital Hierarchy) 系統相比，最突出的優點就是具有強大的網絡管理能力。在SDH的幀結構的各個層次中，都提供了豐富的開銷字節，以實現對不同層次信號的全面管理。
1 SDH系統介紹
清華大學電子工程系自主開發了SDH大規模專用集成電路套片，它包括高階復用芯片MXH0155－2，實現從VC4信號到STM－1(Synchronous Transfer Module)信號的映射和解映射功能；低階映射芯片MXL021E1－3，實現21個2.048M的E1信號到VC4信號的映射和解映射。基于這兩個芯片，可以實現一個基于雙向SDH環路的ADM(ADD/DROP Multiplexer)站點，實現從STM－1信號中任意分插多個E1信號的功能。
ADM系統以兩片MXH0155－2和一片MXL021E1－3為核心芯片，包括光收發模塊，155M時鐘恢復和綜合電路，E1信號接口處理，微處理器系統。系統結構模塊如圖1所示。
在圖1中，兩個方向的高階復用器分別由兩片MXH0155－2實現，兩個方向的數字交叉連接和映射處理器由一片MXL021E1－3實現，中間的接口連接和多路選擇由一片FPGA實現。
此ADM系統中，兩片MXH0155－2和一片MXL021E1－3都提供了微處理器接口實現對芯片的配置、管理和監控，需要具有16位地址的8位微處理器。MXH0155－2工作幀頻為8kHz，微處理器系統需要以8kHz時鐘頻率對其進行一系列管理工作，而MXL021E1－3的工作幀頻為2kHz，需要以2kHz的時鐘頻率進行管理。MXL021E1－3還可以實現21個E1信號的分插功能，因此在2kHz的時鐘頻率內需要處理兩個方向21路信號的管理和監控。同時，此管理系統通過串口實現與計算機的通信，可以通過計算機實現對此ADM系統的配置和管理。
2 MCS－51系列DS80C320介紹
單片微型計算機已經被應用到國民生產中的許多方面，例如工業控制、日用家電等等。近年來，隨著單片機檔次的不斷提高，功能的不斷完善，其應用也越來越廣泛，功能越來越強大，甚至可以實現對復雜系統的管理和控制。
按照以上要求，微處理器需要兩個定時中斷、一個RS232串口，同時由于需要進行監控的內容較多，需要一個高速微處理器，我們選用了Dallas公司的DS80C320做為處理器來實現對此ADM系統的管理。
Dallas公司的80C320單片機與MCS－51的80C32系列單片機兼容，其突出特點是它的高速性能。外部振蕩器可以達到33MHz，一個指令周期僅由四個振蕩周期組成，因此其最高指令周期可以達到33/4＝8.25Mbps。
3 微處理器系統的硬件實現
此微處理器的硬件系統非常簡單，是單片機的最小系統，以DS80C320為核心，加上外部程序存儲器(EPROM27512)、數據存儲器(雙口RAM)、地址鎖存器(74LS373)、3－8譯碼器(74LS138)和RS232電平轉換(MAX233)構成。此微處理器系統作為ADM系統的一部分嵌入到系統中，實現的功能包括對三片大規模集成電路的管理，與計算機的通信和數據采集工作。
由于當DS80C320工作到33MHz時鐘頻率時，對外圍器件要求較高，例如EPROM要求達到55ns，地址鎖存等也需要采用高速F系列的74F373等。因此選用了24.576MHz的振蕩器作為外部振蕩器，此時可以采用常用外圍器件，同時可以實現8kHz和2kHz中斷的嚴格定時，而且經仿真和實驗證明可以保證足夠的處理時間要求。
4 微處理器系統的軟件構成
此系統的軟件構成由主程序和三個中斷程序組成。主程序完成系統的配置工作。串口中斷完成計算機對系統工作模式的修改和系統監控，兩個定時中斷分別以8kHz和2kHz的頻率對系統進行監控和數據采集。
2kHz定時中斷的指令較多，約占了2kHz頻率即500μs到2/3的時間左右，為保證8kHz定時中斷嚴格的定時關系，8kHz定時中斷的優先級為1，要高于2kHz定時中斷優先級，即在2kHz定時中斷處理程序中，可以嵌套進行8kHz定時中斷處理。
串口中斷程序，即計算機對系統進行配置和監控時，系統的定時中斷可以停止，因為在系統正常工作時，無需計算機進行管理。此時一般是系統出了問題，需要人工干預，要求及時反應，所以串口中斷的優先級也設置為1。由于單片機內部只有兩個中斷優先級，此時8kHz中斷和串口優先級相同，但是串口中斷可以得到及時反應。因為當串口工作在19200波特率時，串口發送或接收一個字節的時間也遠大于8kHz的幀頻，同時串口中斷程序和計算機程序之間采用了握手控制，保證串口數據交換的正確性。
4.1 主程序
主程序的流程為：
(1)芯片的初始配置，通過查表寫入約400個字節的數據；
(2)配置DS80C320，設置計數器(串口波特率定時T1，定時中斷T0和T2都工作在重裝載模式，保證嚴格的定時關系)，設置中斷優先級，開啟計數和中斷；
(3)永久等待。
4.2 串口中斷處理程序
串口中斷處理程序的流程圖如圖2所示。完成功能如下：
(1)串口接收數據，進入中斷處理程序，保存現場；
(2)根據接收數據判斷操作類型，若為讀寫操作，進入步驟(3)，若接收到結束符，進入步驟(4)；
(3)進行讀寫操作；返回步驟(2)；
(4)結束中斷處理程序，返回。
4.3 8kHz中斷處理程序(T0定時中斷)
(1)進入中斷處理程序，保存現場；
(2)查詢兩片MXHO155－2，根據接收方向的告警信號來控制發送方向的數據，采集接收方向的告警信號寫入雙口RAM；
(3)結束中斷處理程序，返回。
4.4 2kHz中斷處理程序(T2時鐘中斷)
(1)進入中斷處理程序，保存現場，內部2000計數器加1；
(2)查詢低階映射芯片MXLO21E1－3，分別查詢21路接收方向的告警信號，根據不同的告警信號對發送方向進行控制，采集21路的告警信號進行編碼并寫入雙口RAM；
(3)查詢2000計數器，當達到2000時，計數器清零，同時對三片集成電路內部的誤碼秒計數器進行處理，若計數值超出預期值，則給出信號劣化告警；
(4)結束中斷處理程序，返回。
通過對此微處理器系統的設計、仿真和實際驗證，證明了一個復雜的SDH雙向環路的ADM站點可以通過簡單的微處理器系統實現完全的管理和監控，并為SDH大規模專用集成電路的推廣應用奠定了基礎。
參考文獻
1 蘇偉斌. 8051系列單片機應用手冊.北京:科學出版社、1997
2 DS80C320/DS80C323.Dallas Semiconductor.1997
3 SDH專用集成電路MXH0155－2說明書.北京：清華大學電子工程系、1999
4 SDH專用集成電路MXL021E1－3說明書.北京：清華大學電子工程系、1999