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SDH凈荷提取/定位處理芯片PM5313及其應(yīng)用
摘要：介紹了SDH凈荷提取/定位處理芯片PM5313的主要功能特性、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及使用中的注意事項，并通過一個實際的凈荷處理系統(tǒng)接口的例子闡述其應(yīng)用。關(guān)鍵詞：SDH PM5313 凈荷
數(shù)字同步系列SDH作為新一代的傳輸體制和標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過一系列的完善、發(fā)展，迄今已形成了一個完整的全球統(tǒng)一的數(shù)字通信標(biāo)準(zhǔn)。相對于準(zhǔn)同步系列PDH，SDH具有組網(wǎng)簡單經(jīng)濟、互連方便、管理功能強大、兼容性好等優(yōu)點。因此，SDH正逐步取代PDH。
SDH信號以幀的形式傳輸，其幀結(jié)構(gòu)為二維矩陣，如圖1所示。
SDH幀是由9行270×N列字節(jié)組成的。前9×N列為開銷字節(jié)和指針字節(jié)，1～3行是再生段開銷（RSOH），5～9行是復(fù)用段開銷（MSOH），第4行是AU指針（AUPTR）。圖中右半邊，也就是從10×N列到270×N列為凈荷（PAYLOAD）區(qū)，其中包括了通道開銷。N是SDH信號的速率等級，最基本的等級是STM-1信號，往上依次為STM-4、STM-16、STM-64等信號。PM5313是專門處理STM-4信號的芯片，其速率為622.08Mbit/s。
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1 622Mbit/s SDH凈荷提取/定位芯片PM5313
1.1 PM5313的主要特性
·兼容STS-12(STM-4/AU3或STM-4/AU4)或STS-12c(STM-4/AU4-4c)等多種信號，線路端提供串行和并行兩種接口，串行速度為622.08Mbit/s，并行速率為77.76Mbit/s。
·提供完整的時鐘、數(shù)據(jù)恢復(fù)和時鐘綜合，直接從接收到的信號中提取時鐘信息。當(dāng)外部時鐘性能較好時，可將時鐘恢復(fù)功能屏蔽，直接使用外部時鐘源。
·完全終結(jié)SDH/SONET的再生開銷、復(fù)用段開銷和通道開銷。提供三種信號通道：12個STS-1信號通道、4個STS-3/3c（STM-1/AU3/AU4）信號通道和一個獨立的STS-12c(STM-4/AU4-4c)信號通道。
·開銷字節(jié)的引出和接入靈活方便，既可將全部開銷字節(jié)從一個接口引出或接入，也可將每一類開銷由特定的接口引出或接入；開銷字節(jié)既可由芯片內(nèi)部產(chǎn)生，也可由外部引腳接入。
·提供DS3映射口。
·采用線路端并行收發(fā)方式，可用于OC-48設(shè)備的前端連接。
·提供線路環(huán)回、系統(tǒng)環(huán)回、測試環(huán)回等多種信號環(huán)回模式，便于對芯片進行靈活配置和故障診斷。
圖2 PM5313功能模塊
提供IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)JTAG接口，用于邊界掃描測試。提供6bit微處理器口，用于芯片的配置、控制和狀態(tài)監(jiān)控。
·采用3.3V CMOS工藝，輸入兼容TTL和PECL電平，輸出為TTL電平。PECL電平兼容5V和3.3V。
1.2 PM5313的功能模塊
PM5313的功能模塊如圖2所示。
整個模塊可分為接收部分、發(fā)送部分、控制部分和系統(tǒng)端接口等四個主要部分。以下分別對每個部分做簡要介紹。
1.2.1 接收和發(fā)送部分
接收部分由接收線路端接口RX Line I/F、時鐘及數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊CRSI、接收端再生段開銷處理模塊RSOP、接收端復(fù)用段開銷處理模塊RLOP、接收端解復(fù)用模塊RX_DEMUX、接收端通道處理模塊RPPS組成。其中RPPS包括了接收端高階通道開銷處理RPOP、通道綜跡字節(jié)緩存SPTB、接收端TelecomBus定位校準(zhǔn)模塊RTAL、Drop Bus偽隨機序列發(fā)生和監(jiān)測模塊DPGM以及Drop端DS3映射模塊D3MD。發(fā)送部分與接收部分相似，所不同的是發(fā)送端通道處理模塊中有一個發(fā)送端指針解釋TPIP，同時，將解復(fù)用模塊改為發(fā)送端復(fù)用模塊TX_REMUX，將時鐘恢復(fù)模塊改為時鐘綜合模塊CSPI。
1.2.2 控制部分
控制部分主要由一個8位的微處理器接口組成。該接口兼容Intel和Motorola總線模式，14位尋址，內(nèi)部寄存器存儲資源豐富。
1.2.3 系統(tǒng)端接口
系統(tǒng)端接口由Telec
om Bus總線串行DS3接口組成。其中，Telecom Bus總線接口分為Drop Bus和Add Bus。Drop Bus將接收到SDH信號的凈荷輸出，由時鐘DCK控制；Add Bus將外部提供的數(shù)據(jù)作為凈何接入，由時鐘ACK控制。Telecom Bus總線提供兩種方式：第一種方式輸入輸出為4路19.44Mbit/s信號；第二種方式輸入輸出為1路77.76Mbit/s信號。兩種方式的選擇可通過設(shè)置內(nèi)部寄存器來實現(xiàn)。Telecom Bus總線還提供了一些輔助信號，包括凈荷指示信號（DPL[4:1]、APL[4:1]、復(fù)合時序信號（DC1J1V1[4:1]、AC1J1V1[4:1]）、凈何奇偶校驗信號（DDP[4:1]、ADP[4:1]）等，用以方便凈荷數(shù)據(jù)的輸入輸出。
1.3 PM5313的工作時序
要想正確使用PM5313，必須了解它的工作時序。下面對它的比較重要的一些工作時序做簡要的介紹。
1.3.1 段開銷提取和接入的時序
段開銷的提取和接入時序十分相似，現(xiàn)以接入時序為例說明開銷接入時序。
圖4 19.44MHz工作方式凈荷提取時序
段開銷接入時序如圖3所示。其中，TTOH是20.736MHz的串行比特流，SDH幀信號中的再生段開銷、復(fù)用段開銷以及AU指針都從此此腳接入；TTOHEN是段開銷接入使能信號，當(dāng)某一開銷字節(jié)的最高比特輸入時，若TTOHEN信號為高，則將輸入字節(jié)接入SDH幀中，反之，則將芯片設(shè)公平的默認(rèn)值接入SDH幀中。TTOHCLK是一個20.736MHz的時鐘，在該時鐘的上升沿對TTOH和TTOHEN引腳上的信號進行采樣；TTOHFP是幀頭指示信號，它在TTOHCLK的下降沿更新，用來指示幀頭，也就是第一個A1字節(jié)。這四個信號協(xié)同工作，共同完成段開銷和AU指針的接入。
1.3.2 凈荷提取和接入時序
凈荷的提取和接入主要在系統(tǒng)端Telecom Bus上進行，這里以凈荷的提取為例進行說明。系統(tǒng)端有19.44MHz和77.76MHz兩種工作方式。
1.3.2.1 19.44MHz工作方式
STM-1/AU4凈荷提取時序如圖4所示。在此種工作方式下，輸出是4路STM-1凈荷。圖中，DD[8(n-1)+7:8(n-1)](n=1,2,3,4)是4路速率為19.44Mbit/s的STM-1凈荷。DPL[n]為凈荷指示信號，DPL[n]為高時表示輸出的是VC-4凈荷，否則為段開銷和AU指針。DC1J1V1[n]與DPL[n]共同指示STM識別符C1和高階通道蹤跡字節(jié)J1。DFP為幀頭指示信號。DDP[n]為凈荷奇偶校驗。DCK輸出一個19.44MHz的時鐘信號，DD[8(n-1)+7:8（n-1）]、DPL[n]、DC1J1V1[n]都在DCK的上升沿更新。上述信號協(xié)同工作，配合起來完成凈荷的提取工作。
1.3.2.2 77.76MHz工作方式
此種方式各信號引腳與前一種工作方式基本相同。不同之處在于凈荷只從DD[7:0]輸出，相應(yīng)的各種標(biāo)志信號為DPL[1]、DC1J1V1[1]、DDP[1]等，如圖5所示。
圖5 77.76MHz工作方式凈荷提取時序
2 PM5313的應(yīng)用
PM5313功能強大，可用于SDH/SONET分插復(fù)用設(shè)備、終端復(fù)用設(shè)備、交叉連接設(shè)備、SDH/SONET測試設(shè)備以及交換機、Hub、路由器等多種設(shè)備。下面通過一個自行設(shè)計的實際的凈荷處理系統(tǒng)接口來說明PM5313的應(yīng)用。
凈荷處理系統(tǒng)接口框圖如圖6所示。圖中，光模塊采用武漢光通信公司的RTXM-622光收發(fā)模塊。它不僅能接收622Mbit的SDH光信號并進行光電轉(zhuǎn)換，使其變?yōu)殡娦盘�，輸入到PM5313的串行輸入到RXD+/-；同時還能把從PM5313串行輸出端TXD+/-輸出的電信號轉(zhuǎn)變成光信號輸出。此外，它還可從接收光信號的功率進行檢測，若接收功率低于閾值功率，則給出光發(fā)送失效告警信號。
經(jīng)過光電變換的STM-4信號進入PM5313的接收通道，再經(jīng)過時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)、串/并轉(zhuǎn)換、幀定位、BIP-8計算比較、解擾碼后，進入段開銷處理模塊。段開觥信號由RTOH引腳提取，送入Xilinx公司的FPGA芯片XC2S50中，經(jīng)過通道開銷處理、指針解釋及調(diào)整、凈荷定位等處理后，根據(jù)預(yù)先設(shè)備好的工作方式，凈荷信號以STM-4凈荷的形式由DROP總線引腳DD[7:0]輸出，或者以4路STM-1凈荷的形式由引腳DD[7:0]、DD[15:8]、DD[23:16]、DD[31:24]分別輸出。提取出的凈荷信號送入凈荷處理模塊，經(jīng)過處理后的凈荷信號也以相對應(yīng)的形式由ADD總線的引腳AD[7:0]或AD[31:0]送回PM5313的發(fā)送通道。PM5313對凈荷信號進行定位后送入通道開銷處理模塊，插入通道開銷，進入段開銷接入模塊。根據(jù)凈荷處理系統(tǒng)的要求，段開銷的接入有兩種方式：A1、A2、D1～D3、E1、E2、F1等字節(jié)應(yīng)實現(xiàn)透明傳輸，因此FPGA應(yīng)對這部分字節(jié)進行緩存，在發(fā)送端由TTOH引腳將存儲的開銷接入；與凈荷有關(guān)的開銷字節(jié)如B1、B2、H1、H2等，則應(yīng)由PM5313根據(jù)處理后的凈荷重新計算后直接接入，而不通過TTOH引腳接入。這兩種接入方式是通過對TTOHEN信號的控制實現(xiàn)的，具體方法是使TTOHEN引腳的某些段開銷字節(jié)時為低電平。開銷接入完成后，再經(jīng)過擾碼處理、并/串轉(zhuǎn)換處理等，由PM5313的串行數(shù)據(jù)輸出端口TXD+/-輸出到光收發(fā)模塊，經(jīng)過電光變換，恢復(fù)為光信號后繼續(xù)在SDH網(wǎng)上傳輸。
整個系統(tǒng)由單片機統(tǒng)一控制。本系統(tǒng)中單片機采用89C52，主要完成對PM5313的初始化配置，
同時通過對PM5313的中斷請求信號引腳INTB的監(jiān)控，及時對失光告警、失幀告警及線路告警等異常工作狀態(tài)作出響應(yīng)，以保證系統(tǒng)的正確工作。另外，該單片機還受凈荷處理系統(tǒng)中的主機控制，通過串口與主機通信，以便主機查詢并向主機報告重大異常，使凈荷處理主系統(tǒng)作出適當(dāng)處理。
圖6 凈荷處理系統(tǒng)接口框圖
系統(tǒng)的硬件設(shè)計應(yīng)注意如下一些問題：
·芯片內(nèi)部同時存在數(shù)字和模擬電路，設(shè)計PCB時應(yīng)將模擬電源和數(shù)字電源分開以減少兩者之間的干擾。
·電源去耦應(yīng)嚴(yán)格參照芯片說明。
·高速信號接口RXD+/-、TXD+/-速率為622.08Mbit/s，應(yīng)考慮微帶傳輸線，并且需要端接匹配負(fù)載。
通過對該STM-4凈荷處理系統(tǒng)接口電路的設(shè)計和調(diào)試可以看到，PM5313可以對STM-4信號進行時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)、開銷處理、凈荷提取和接入等多種處理，工作方式多樣，開銷和凈荷的提取和接入方便靈活，外圍電路簡單實用，易于控制和改進，能夠很好地完成預(yù)期功能。
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