??? 摘? 要: PM5342是加拿大PMC-Sierra公司生產的用于光同步數字系列SDH的接口芯片。介紹?了該芯片的主要功能特性、內部結構及主要工作時序,指出了使用中應注意的關鍵問題,并簡要闡述了PM5342在一個SDH凈荷處理系統中的應用。?
??? 關鍵詞: SDH? PM5342? 凈荷提取
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??? 光同步數字系列SDH(Synchronous Digital Hierarchy)是新一代的傳輸網體制。它有效地結合了高速大容量光纖傳輸技術和智能網絡技術,不僅充分顯現出光纖通信容量大、抗干擾能力強、保密性好、傳輸距離遠等優點,而且突現出其復分接簡單、管理信息豐富、組網方式靈活等技術優越性,自二十世紀90年代初出現以來得到了迅速發展。 ?
??? PMC-Sierra公司的PM5342 SPECTRA-155是一款新型的SDH/SONET專用接口芯片,可用來實現STS-1(STM-0/AU3)及STM-1幀中的凈荷提取及定位功能。該芯片具有較高的集成度,將定時提取模塊、串/并轉換模塊、段開銷處理模塊及通道開銷處理模塊等集成到一起,功能非常強大。實踐證明該芯片性能可靠、使用方便,是開發SDH產品的較優選擇。?
??? 為便于理解PM5342的功能及內部結構,在此以STM-1為例對SDH的幀結構作一簡單介紹。SDH采用的是以字節結構為基礎的矩形塊狀幀結構,其結構安排如圖1所示。?
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??? 如圖所示,STM-1的幀結構是9行×270列的塊狀幀結構。其中,RSOH為再生段開銷;MSOH為復用段開銷;AUPTR為管理單元指針;POH為通路開銷。圖中縱向前9列橫向第1至第3行和第5至第9行的72個字節全部分配給段開銷。?
??? 本文將介紹PM5342的功能特性及其使用中應注意的問題,并給出一個PM5342在SDH凈荷處理系統中的應用實例。?
1 SDH/SONET凈荷提取/定位芯片PM5342 ???
1.1 PM5342的主要特性?
??? ·用于STS-1(STM-0/AU3)、STM-1/AU3 (STS-3)及STM-1/AU4 (STS-3c)信號的凈荷提取/定位,根據工作模式的不同,分別提供速率為19.44Mb/s、38.44Mb/s或51.84Mb/s的系統端并行數據接口;?
??? ·終結STS-1及STM-1幀中的所有段開銷以及高階通道開銷,根據工作模式的不同,提供速率為51.84Mb/s或155.52Mb/s的線路端串行數據接口;?
??? ·SDH每一幀中的全部段開銷字節可通過一個串行輸出端口提取/接入,其中的公務字節E1、E2,使用者通路F1,數據通信通路D1～D3、D4～D12以及自動保護倒換通路K1、K2還有各自的串行提取/接入端口;?
??? ·提供靈活多樣的開銷接入方式,或者由芯片產生,或者插入芯片內部寄存器的值,或者通過引腳接入;?
??? ·內部集成有定時提取模塊,可通過155.52Mb/s的串行接口直接與光收發模塊連接;?
??? ·線路端有STS-1、STM-1/AU3及STM-1/AU4等多種工作模式,通過訪問內部寄存器來設定;系統端也有字節Telecombus、半字節Telecombus及串行Telecombus等多種工作模式,通過專門的模式引腳來設定;?
??? ·把三路串行數據流(例如幀中繼或以太網凈荷等)獨立映射入單路STS-1(STM-0/AU3)或STM-1/AU3凈荷;?
??? ·支持線路環回和測試環回的工作模式,以便對芯片進行靈活的配置管理和故障診斷;?
??? ·提供一個通用的八位微處理器接口來完成5342的初始化配置、工作控制以及狀態監測;?
??? ·采用集成CMOS工藝,+5V供電低功耗器件,輸入兼容PECL和TTL電平,輸出為TTL電平;?
??? ·256腳SBGA(Super Ball Grid Array)封裝。?
1.2 PM5342內部結構?
??? PM5342的內部結構如圖2所示,大體上可分為三部分:接收部分、發送部分及控制部分。接收部分主要包括:時鐘恢復模塊CRSI或CDR、接收端再生段開銷處理?？霷SOP(Rx Section O/H Processor)、接收端復用段開銷處理模塊RLOP(Rx Line O/H Processor)、接收端高階通道開銷處理模塊RPOP(Rx Path O/H Processor)以及接收端Telecombus定位校準模塊RTAL(Rx Telecom Aligner)等;發送部分主要包括:發送端Telecombus定位校準模塊TTAL(Tx Telecom Aligner)、發送端高階通道開銷處理模塊TPOP(Tx Path O/H Processor)、發送端復用段開銷處理模塊TLOP(Tx Line O/H Processor)、發送端再生段開銷處理模塊TSOP(Tx Section O/H Processor)以及時鐘綜合模塊CSPI(Clock Synthesis)等;控制部分提供一個可兼容Intel和Motorola總線模式的8位微處理器接口,以便對內部寄存器進行訪問。?
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??? 相應的芯片對外部提供接收通道端口及發送通道端口。接收通道端口包括:串行155.52Mb/s數據接收端口RXD+/-,段開銷取出端口RTOH、RSUC、RSOW、RLOW、RSLD、RLD等,高階通道開銷取出端口RPOH[3:1]以及凈荷取出端口DD[7:0];發送通道端口包括:串行155.52Mb/s數據發送端口TXD+/-,段開銷接入端口TTOH、TSUC、TSOW、TLOW、TSLD、TLD等,高階通道開銷接入端口TPOH[3:1]以及凈荷接入端口AD[7:0]。?
1.3 工作時序?
??? 了解PM5342的工作時序是利用它進行正確設計的重要前提,現將其較為重要的工作時序作一簡單介紹。?
1.3.1 段開銷的提取與接入時序?
??? 以STM-1/AU4段開銷的接入時序圖為例進行介紹。?
??? 圖3中TTOH引腳輸入的信號是5.184Mb/s的串行比特流,由該引腳接入SDH幀中的再生段開銷、AUPTR和復用段開銷;由TTOHEN引腳輸入的是段開銷接入使能信號,如果在某一TTOH字節的最高位輸入時TTOHEN為高,則將該字節的值接入發送通道相應SDH幀中的對應位置,否則將在該位置接入芯片默認值;TTOHCLK引腳輸出的是5.184MHz的時鐘信號,在該時鐘脈沖的上升沿對TTOH和TTOHEN輸入信號進行采樣;TTOHFP引腳輸出在TTOHCLK的下降沿刷新,指示幀頭A1字節,以上四者協同作用完成段開銷的接入。?
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1.3.2? 凈荷的提取/接入時序?
??? 以工作在字節Telecombus 模式下STM-1/AU4凈荷的提取為例進行介紹。?
??? 圖4中DD[7:0]總線輸出為19.44Mb/s的STM-1凈荷;DPL輸出為凈荷指示信號,DPL為高時表示此時DD[7:0]輸出為凈荷VC4,否則為段開銷或AUPTR;DC1J1V1輸出與DPL信號協同作用以標志STM識別符C1以及高階通道蹤跡字節J1;DCK輸入為19.44MHz的時鐘信號,DD[7:0]、DPL和DC1J1V1在DCK的上升沿刷新;DFP輸入為幀頭指示信號。以上諸信號協同作用完成STM-1/AU4凈荷的提取。?
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1.4 中斷特性?
??? PM5342只有一個中斷請求引腳INTB,但是它能反映芯片內部超過200個可屏蔽中斷源的中斷請求。PM5342的中斷管理是一種層次式結構,INTB之下有頂層中斷與底層中斷,它們的狀態都用相應內部寄存器中的相應位來反映。INTB之下的各頂層中斷之間、某一頂層中斷屬下的底層中斷之間都是“或”的關系。?
??? PM5342中斷層次結構圖如圖5所示,位于中斷層次圖根部的是中斷源。通常中斷源的狀態用相關的內部寄存器中的某一比特位來反映,稱為中斷源狀態位(“V”比特)。“V”比特實時地反映中斷源的狀態,沒有相應的“V”比特的中斷源會用其它方式報告自己的狀態。每一個中斷源在其相關的內部寄存器中都有相應的中斷請求標志位(“I”比特)。當中斷事件發生時,“I″比特被置位并鎖定,直到中斷被處理(即該“I”比特所在的內部寄存器被CPU讀)后才清零。為了屏蔽無關中斷請求,每一個中斷請求標志位都有一相應的中斷允許控制比特(“E”比特)。當“E”比特被置位時,相應的“I”比特才對INTB或高層中斷有貢獻;否則,該中斷請求被屏蔽。?
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??? 現以LOS告警引起的中斷為例來作一具體說明:中斷源LOS在內部寄存器中有一相應的中斷源狀態位LOSV實時反映該中斷源的狀態。當檢測到LOS告警時,LOSV置位;當LOSV狀態改變時,中斷事件發生,LOSI被置位;如果此時LOSE已被置位,則LOSI對其高層中斷RSOPI有貢獻。如果此時RSOPE也已被置位,則芯片將通過INTB引腳發出中斷請求;否則LOSI仍然反映LOSV的改變,但對INTB卻沒有貢獻。?
??? 許多常用的中斷一般都還有一個輔助中斷(Auxiliary Interupts),即在另一內部寄存器中有第二個中斷請求標志位(“I”比特)以及獨立于主中斷的中斷允許控制位(“E”比特)。輔助中斷的請求標志位直接對INTB有貢獻,而且它的清除方式也不同于主中斷,對其所在寄存器的讀操作并不會把該標志位清零,而必須由CPU通過寫操作清零。?
2 PM5342使用中應注意的關鍵問題?
??? ·該芯片內部兼有模擬電路和數字電路兩部分,為了減少兩類電路間的干擾以保證芯片正常工作,在進行PCB設計時必須把模擬電源/地與數字電源/地分開;?
??? ·電源去耦對于高速電路設計極為關鍵,尤其是PM5342內部有著極為敏感的模擬電路。建議對每一模擬電源引腳單獨去耦以避免噪聲在各電源引腳間耦合,在適當的情況下可以采用簡化的去耦方案。以下5組模擬電源引腳必須要獨立去耦:?
??? #1???? TAVD2?
??? #2???? RAVD2?
??? #3???? TAVD1,3,4?
??? #4???? RAVD1,3 ?
??? #5???? QAVD1,2,3 ?
??? ·高速信號線RXD+/-和TXD+/-(155.52Mb/s)應當作微帶傳輸線來考慮,并且必須要端接匹配負載。?
3 PM5342在SDH系統中的應用舉例?
??? 筆者利用PM5342芯片自行設計了相關電路,實現STM-1凈荷處理系統的接口功能。其系統框圖如圖6所示(虛線框內為筆者自行設計實現的部分)。?
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??? 圖中光收發模塊采用的是武漢光通信公司的RTXM-155芯片,在接收方向上經RTXM-155完成光電變換,送出155.52Mb/s的電信號,進入PM5342的串行數據輸入端口RXD+/-。該光收發模塊還對光接收信號的功率進行檢測,低于閾值功率時送出光發送失效告警信號。?
??? 經光電變換后的STM-1全幀信號進入PM5342的接收通道,經過時鐘與數據恢復、串/并轉換、幀定位、BIP-8運算及比較、解擾碼、段開銷與通道開銷處理、指針解釋與調整以及通道凈荷定位等處理步驟后,STM-1凈荷由總線DD[7:0]提取,送入凈荷處理系統。經段開銷處理模塊時,STM-1的段開銷信號由PM5342的RTOH引腳提取,送入XILINX公司的FPGA芯片XC2S50,根據凈荷處理系統的要求,對TTOH作緩存以實現部分段開銷的透明傳輸,如D1～D3、E1、E2及F1等字節。另外,FPGA需對TTOHEN信號的時序特性作適當處理,使得在某些段開銷(TTOH信號)字節的對應位TTOHEN為低,以保證這些字節的接入值由芯片自身來產生,而非由TTOH引腳接入,如A1、A2、B1、B2等字節。處理之后的凈荷由總線AD[7:0]進入PM5342的發送通道,先進行凈荷定位,再進入開銷處理模塊,此時FPGA送出的段開銷經PM5342的TTOH腳接入,之后進行擾碼處理、作BIP-8運算、并/串轉換及時鐘綜合,最終由PM5342的串行數據輸出端口TXD+/-輸出至光收發模塊RTXM-155,經電光變換,恢復為STM-1全幀光信號繼續在SDH網上傳輸。?
??? 本接口電路中單片機89C52有雙重作用,一方面作為本接口電路的控制核心,對PM5342進行初始化配置,通過檢測5342的中斷請求引腳INTB來監控5342的工作情況,及時地對失光告警、失幀告警及線路告警等異常工作狀態作出響應以保證系統的正常工作;另一方面,該單片機受凈荷處理系統中的主單片機的控制,通過串口與之通信,接收主機的查詢并報告重大異常,以方便主系統的及時處理。?
??? 筆者以SDH接口芯片PM5342為核心設計了STM-1凈荷處理系統的接口電路,實踐證明其控制靈活,外圍電路簡單,較好地實現了預期功能。?
參考文獻?
1 韋樂平.光同步數字傳送網(修訂本).北京:人民郵電出版社,1998?
2 PM5342 SPECTRA-155 SDH Payload Extractor/Aligner?Datasheet.Pmc-Sierra公司,1999?
3 PM5342 SPECTRA-155 Programmer＇s Reference. PmcSierra公司,1999?
4 鄧忠禮,趙? 暉.光同步數字傳輸系統測試.北京:人民郵電出版社,1998