（控制科学与工程专业论文）基于foga的otn业务逻辑拆分系统的研究与应用.pdf

摘要 光传送网( o t n ) 技术是电网络与全光网折中的产物，将s d h 强 大完善的o a m & p 理念和功能移植到了w d m 光网络中，能有效弥补现有 w d m 系统在性能监控和维护管理方面的不足。但是作为o t n 技术核心 的o t n 交叉设备始终没有大规模使用，主要是目前交叉芯片的交叉颗 粒只到o d u l ( 2 5 g ) ，o d u 2 ( 1 0 g ) 及以上还不成熟，基于o d u 交叉 芯片的交叉容量偏小，因此，在支持o d u l ( 2 5 g ) 传输速率的单板上传 输o d u 2 ( 1 0 g ) 业务是逻辑拆分系统的重点研究对象。 论文研究采用f p g a 来实现8 路o t u l 一l 或8 路 o t u 2 v - l 4 到2 路o t u 2 v - l 的解决方法。用1 块f p g a 完成8 路o t u l - l 或8 路 o t u 2 v - l 4 到2 路o t u 2 v - l 拆分的映射解映射，并实现主备无损 倒换，每片f p g a 处理2 路1 0 g 业务。 论文针对o t n 拆分系统的恢复时钟信号检测、数据信号丢失检 测、帧丢失检测、复帧号丢失检测和净荷数据丢失检测等技术进行了 通道监测方法的研究。在逻辑拆分组合方面，提出了o t u 2 的上行数 据帧的拆分方法，下行数据帧的组合技术，使o t u 2 业务能够顺利的 通过o t u l 速率的单板；在上行数据进行双发和下行数据选收的过程 中，为保证主备通道在切换的过程中数据不被丢失，提出了一种新的 帧对齐技术方法，该方法在o t u 2 数据组合前加入了帧对齐，确保了 数据在倒换过程中不会丢失；在时钟复位设计时，提出了全局复位和 通道复位的技术，该技术在工程设计中具有借鉴价值；在高速接口的 设计中，采用赛灵思的内核技术，论文中对数据的串并和并串转换以 及时钟恢复技术进行了研究与应用，保证了数据和时钟在收发过程中 传输稳定。仿真实验和上板系统测试证明上述方法的有效性和可行 性 关键词光传送网，光传送单元，光数据单元，无损倒换，波分复用 a bs t r a c t o t nt e c h n o l o g yi st h ec o m p r o m i s ep r o d u c t i o nb e t w e e nt h ee l e c t r i c n e t w o r ka n da l l _ o p t i c a ln e t w o r k ，i t t r a n s p l a n tt h es t r o n ga n dp e f e c t o a m & pi d e aa n df u n c t i o no fs d ht ot h ew d m o p t i c a ln e t w o r k m a k i n g u pt h ed e f e c to fc u r r e n t 、ms y s t e mi np e r f o r m a n c es u r v e i l l a n c ea n d m a i n t a i n a n c e b u ta st h eo 盯呵e x c h a n g ed e v i c e so f c o r eo t n t e c h n o l o g y a r en o tb eu s e da l lt h et i m e t h em a i nr e a s o n s a r ee x c h a n g ec h i p s e x c h a n g eu n i tc a no n l ys u p p o r to d u l ( 2 5 g ) ，o d u 2 ( 1 0 g )a n d a d v a n c e do p e r a t i o n sa r es t i l ln o tm a t u r e a st h eo d ue x c h a n g ec h i p s e x c h a n g ec a p a c i t a n c ei sn o tl a r g ee n o u g h ，s oh o wt os u p p o r tt h eo d u 2 ( 1o g ) o p e r a t i o n st r a n s f e ro nt h eo d u i ( 2 5 g ) sp c bi sk e yt ot h el o g i c s p l i t t e rs y s t e m t h i sd i s c o u r s ei n t r o d u c eaw a yt or e a l i z e8p a t h so t u 1 lo r8p a t h s o t u 2 v l 4t o2p a t h so t u 2 v lw i t hf p g a e a c hf p g aw i l lf i n i s h8 p a t h s o t u1 - lo r8 p a t h s o t u 2 v l 4 t o2 p a t h so t u 2 v l ，s m a p d e m a p ，a n di m p l e m e n tt h em a s t e ra n ds l a v eh a r m l e s ss w i t c h e a c h f p g ad ow i t h2p a t h s10 go p e r a t i o n t h et h e s i sr e s e a r c ht h e p a t hm o n i t o rm e t h o di nd e t a i l i n c l u d i n g r e c o v e r yc l o c km o n i t o rt e c h n i q u e 、d a t as i g n a ll o s sm o n i t o rt e c h n i q u e 、 f l a m el o s sm o n i t o rt e c h n i q u e 、m u l t if l a m el o s sm o n i t o r t e c h n i q u e 、a n d a l s od or e s e a r c ht ot h ep a y l o a dd a t al o s sm o n i t o r ；o nt h el o g i cs p l i t t e r , i t p r o v i d e st h ew a yo fi n g r e s sd a t af r a m e s p l i t t e r a n de g r e s sd a t a c o m b i n a t i o n ，m a k e st h eo t u 2o p e r a t i o nc a np a s so nt h eo t u 1 _ v e l o c i t y p c b ；i nt h ep r o c e s so fi n g r e s sd a t ad o u b l et r a n s m i s s i o na n de g r e s sd a t a s e l e c t i v er e c e i p t i o n ，i no r d e rt oe n s u r et h ed a t at r a n s m i t s t a b l e l yw h e n t h e ya r es w i t c hb e t w e e nm a s t e ra n ds l a v e ，w eh a v ep r o v i d e dan e wf r a m e a l i g n m e n tr e s e a r c hw a y , a d d i n gt h ef r a m ea l i g n m e n tb e f o r et h eo t u 2 c o m b i n a t i o n ，t h i sw a yc o m f i r mt h e d a t as w i t c h s t a b l y ；i nt h ed e s i g n p r o c e s so fc l o c kr e s e t ，p r o v i d i n g a g l o b a l r e s e ta n dc h a n n e lr e s e t t e c h n i q u e ，i ti su s e f u lf o rr e f e r e n c ei np r o j e c t sd e s i g n ；o nt h ed e s i g no f h i g hs p e e di n t e r f a c e ，a d o p t i n gt h ex i l i n x i p c o r et e c h n i q u e ，t h et h e s i sd o t h er e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no nt h ed a t as e r i a lt op a r a l l e lo rp a r a l l e lt o s e r i a lc o n v e r s i o na n dc l o c kr e c o v e r yt e c h n i q u e ，e n s u r i n gt h ed a t ac a n i i t r a n s m i ts t a b l yd u r i n gt h ed a t at m n s c e i v e t h es i m u l a t i o na n ds y s t e mt e s t o i lb o a r dt e s t i f yt h ea b o v em e t h o d sa r ef e a s i b l ea n de f f e c t i v e k e yw o r d so t n ，o d u ，s d h ，h a r m l e s ss w i t c h ，w d m i i i 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 一的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：扯日期：丛年土月丛日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名：痊级 导师 硕上学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景及目的意义 随着网络业务对带宽的需求越来越大，运营商和系统制造商一直在不断地考 虑改进业务传送技术的问题。数字传送网的演化也从最初的基于t 1 e 1 的第一代 数字传送网，经历了基于s o n e t s d h 盯1 的第二代数字传送网，发展到了目前以 o t n 啪1 为基础的第三代数字传送网。第一、二代传送网最初是为支持话音业务而 专门设计的，虽然也可用来传送数据和图像业务，但是传送效率并不高。相比之 下，第三代传送网技术，从设计上就支持话音、数据和图像业务，配合其他协议 时可支持带宽按需分配( b o d ) 、可裁剪的服务质量( o o s ) n 7 及光虚拟转网( o v p n ) 等功能。1 9 9 8 年，国际电信联盟电信标准化部门( i t u t ) 正式提出了o t n 的概 念。从其功能上看，o t n 在子网内可以以全光形式传输，而在子网的边界处采用 光一电一光转换。这样，各个子网可以通过3 r 再生器联接，从而构成一个大的光 网络，因此，o t n 可以看作是传送网络向全光网演化过程中的一个过渡应用然 而，目前设备所支持的业务带宽各不相同，为支持1 2 0 g 的光电集成系统，需要 在n gw d m 系统上新增1 2 0 g 线路板，4 0 g 支路板，l o g 2 5 6a n y 业务接入支路板 以及空分交叉单板空分交叉采用商用1 4 4 x 1 4 4 的异步交叉芯片来实现2 5 g 业务 接入支路板可以利用s d 8 1 0 3 来开发，涉及逻辑的部分则为1 2 0 g 线路板，4 0 g 支 路板和1 0 ga n y 支路板本文详细阐述了如何采用f p g a 实现对o t u - i o g 业务的拆 分，解决了目前单板只能支持最高2 5 g 业务的要求，该研究成果使项目的开发周 期短，对业务的处理速度快，节省了单板的面积，并且能够符合各项性能指标。 1 2 国内外研究现状 i t u - t 在九年前就开始o t n 技术的标准化，1 9 9 9 年2 月o t n 的g 8 7 2 比1 建议 获得通过，o t n 体系架构完成。经过多年的研究已经形成了较为完整的标准化系 列，网络架构方面的标准有g 8 7 2 ，网络结构和映射方面的标准有g 7 0 9 和 g s u p 4 3 等，物理层的标准有g 9 5 9 1 和g 6 9 3 等，设备功能和管理方面的标准 有g 7 9 8 和g 8 7 4 等，o t n 网络误码和抖动性能标准有g 8 2 5 1 、0 1 7 3 和g 8 2 0 1 等。该标准系列可以用于指导o t n 技术的发展和应用。 从设备和应用情况来看，目前使用最广泛的o t n 标准是g 7 0 9 。从设备角度 来看，几乎所有波分复用系统都在波分侧采用了g 7 0 9 接口，用于延长传输距离 和提供网络的o h m 能力，但是作为o t n 技术核心的o t n 交叉设备始终没有大规模 使用，主要的原因是目前交叉芯片的交叉颗粒只到o d u l ( 2 5 g ) ，o d u 2 ( 1 0 g ) 硕：l ：学位论文第一章绪论 及以上还不成熟，基于o d u 交叉芯片的交叉容量偏小，目前限于几百g ，实际需 要t 比特以上。目前已经有一些o t n 交叉设备商用化，但是在容量和处理能力等 方面有待进一步提高。另外，由于网络中的业务大量为数据业务，o t n 技术在实 际应用的过程中也遇到了以太网业务如何适配到o t n 网络中的问题，由于o d u 2 等容器在实际设计过程中净荷小于以太网业务的端口速率，因此从标准的角度， i t u t 也制定了g s u p 4 3 等标准，从应用的角度指导和提供了集中应用的选项。 在o t n 中要应用许多相关技术，如光复用技术、光器件技术、网络生存性技 术、网络管理技术以及控制技术等。下面简要介绍这些技术： ( 1 ) 光复用技术 在o m s 层，需在光域对光通路进行复用和去复用。最常用的光复用技术是波 分复用( w d m ) ，其中d w d m 应用最为普遍，目前已有相当多的d w d m m l 系统在商用， 较常用的是8x2 5g b i t s 、1 6x2 5g b i t s 、8x1 0g b i t s 、1 6x1 0g b i t s 等系统。原来的d w d m 波道都是在c 波段，现在已经向l 波段延f 中，目前1 6 0x 1 0g b i t s 即1 6t h i t s 系统已经商用。在实验室可以做到相当高的水平，如 n e c 于1 9 9 6 年已进行了1 3 2x2 0g b i d 即2 6t b i d 传输1 2 0 k m 的实验。现在的 最高水平是a l c a t e l 公司的1 0 2 t b i d ( 2 5 6x4 2 7g b i t s ) 传送了1 0 0k m ；n e c 公司的1 0 9 2t b i t s ( 2 7 3x4 0g b i t s ) 传送了1 1 7 k m 。 目前，对波分复用系统分为三大类：密集波分复用系统( d w d m ) 口7 1 ，波长问隔 小于l0 0 0g h z ( 约8m n ) ；粗波分复用系统( c w d m ) ，波长问隔 5 0n o n ；宽波分 复用系统( w w d m ) ，波长问隔大于等于5 0 n m 。现在的光纤技术已经允许1 2 6 0 ，- - - 1 6 7 5 m n 全部使用，共划分为6 个波段，对w d m 技术的发展提供了有利的条件。 o t d m ( 光时分复用) 是另一种光复用技术。它避开了在电域进行更高速率复用 所受到的限制，采用光脉冲压缩、光脉冲时延、光放大、光均衡、光色散补偿、 光时钟提取、光再生等一系列技术实现在时域的复用和去复用。目前已有许多成 功的实验，许多专家乐观地估计o t d m 已达到接近实用化的程度。o c d m ( 光码分复 用) 是一种有发展潜力的光复用技术。它利用正交码在自相关和互相关方面的特 性，在同一波长才目同时问内将不同码址的光信号复用和去复用。 无论d w d m 还是o t d m 本身，由于技术的限制，都不可能将信道数做到无限大， 因此总容量和总速率受到一定的限制。如果将d w d m 与o t d m 结合使用，则可发挥 两者的各自优势，使总容量和总速率极大地提高。如n t t 进行的3 t b i t s 、 o t d m w d m 传输实验，就是先用o t d m 把每个波道速率提高到1 6 x l og b i t s = 1 6 0 g b i t s ，再将1 9 个波道的1 6 0g b i t s 用w d m 复用在一起得到总速率为3t b i t s 的信号。 对于光纤来说，可以利用的带宽资源达1 0 0t h i t s 、数量级，所以要充分 2 硕十学位论文 第一章绪论 利用这一资源，只用o t d m w d m 方式还达不到，如果在每个时隙采用o c d m ，然 后进行o t d m ，最后进行d w d m ，即0 c d m o t d m d w d m 的方式，则总速率可达数十 t h i t s 到百t b i t s ，就相对接近光纤的可利用带宽了。 ( 2 ) 光器件技术 光传送网实现的关键在于光器件。除了在电层网络所使用的光器件n ，如激 光二极管、光检测器、光连接器、光隔离器、光衰减器等之外，在o t n 中，还要 用到许多种类的光器件，没有这些器件，o t n 的实现是非常困难的。o t n 中特定 波长激光二极管( l d ) 及其组件、特定波长滤光器、可调谐l d 、可调谐滤光器、 泵浦l d 、波分复用去复用器、光纤放大器( 包括e d f a 和r f a ) 、光半导体放大器 ( s o a ) 、光开关、光分插复用器、光环形器、光准直器、光可变衰减器、光均衡 器、色散补偿器、p m d 补偿器等都是非常重要的，如果要实现全光网，则还需要 用到光逻辑器件、光延迟器件、光存储器件等。 ( 3 ) 生存性技术 由于o t n 中传送的光信号速率高、容量大，因此o t n 的生存性比普通电层网 络更加重要。目前提高网络生存性的方法主要是网络的保护倒换与恢复。在电层 网络中，一般有线性保护侄( 换、自愈环保护以及利用d x c 的恢复技术。同样， o t n 的恢复要采用o x c 。而o t n 的保护倒换方法就比较多了，例如在作为o t n 主 要基础的d w d m 系统中，人们采用了多种保护方法，对于d w d m 中的某一个波道， 如果传送的是s d h 系统，则把该s d h 信道构成环，利用s d h 的环网保护技术来对 该波道进行保护。此外，d w d m 系统本身也可以实现1 + 1 的线性保护。当然，把 o a d m 引入d w d m 系统，也就是从o t n 的点对点结构向总线型甚至环形结构演进， 直接采用光层的环形保护，也有许多已实现的实例。 总的来说，关于o t n 的保护，到底有哪些方式，是直接借用电层网络保护的 概念和方法，还是针对光网络的特点有所发展一直是人们关心的问题。从标准的 角度来看，实现o t n 保护的类型和方法探护协议探护倒换时问等指标都有特标准 化。当前，1 t ut 正在开发有关o t n 保护的标准。在开发过程中，许多专家提出 将有关保护和恢复的建议分为：线性通用保护方案，线性o d u ks n c 保护i 环形通 用保护方案、环形o d u k 保护。 ( 4 ) 管理技术 o t n 的管理与电层的管理相比更进一步，除了对每个通路的管理之外，还有 对各通路共用的光放大器的监控管理，以及从网络角度出发的邻居发现和拓扑发 现等功能。 o t n 对每个通路的管理是通过数字包封技术来实现的。需要传送的客户信号 在送到光通路层时，须在客户信号外面“包封一些字节，作为通路的开销和前 硕十学位论文第一章绪论 向纠错，开销中的部分字节就是给管理系统传送信息使用的。此外，在o m s 层， 除了将各个有客户信号的通路复用起来之外，还要将o s c ( 光监控信道) 也复用进 去，通常o s c 的波长采用1 5 1 0r i m ，这个信道主要为光放大器的监控信号提供传 送途径。 前面已经提到，当o t n 演进到a s o n 阳1 时，管理平面和控制平面的信息都要通 过d c n ( 数据通信网) 来传送，这个d c n 可以是本a s o n n 5 1 传送平面提供的，但最好 是由公用网络或其它传送平面提供的。本文采用f p g a 对o t n 业务逻辑拆分系统 进行了研究与设计。 1 3 论文的主要工作及章节安排 论文采用f p g a 来实现8 路o t u l 一l 或8 路 o t u 2 v - l 4 到2 路o t u 2 v - l 的处 理，进而实现o t n 业务逻辑拆分系统。文中主要分析了系统拆分组合、帧对齐、 主备倒换、时钟复位、接口收发等部分的设计思路和实现方法。全文的结构安排 如下： 第一章论述论文研究背景、意义和目的；国内外的研究发展现状；最后，提 出了本论文的研究内容及论文总体框架；第二章介绍了o t n 业务逻辑拆分系统的 整体分析，分析了系统的功能、系统中的难点和关键技术研究：第三章详细分析 和研究了o t n 业务逻辑拆分系统的一级模块设计；第四章在一级模块分析的基础 上，详细介绍了o t n 业务逻辑拆分系统的二级模块设计。第五章总结了论文撰写 过程中的主要工作、收获和对下一步工作的展望。 4 硕士学位论文第二章o i n 业务逻辑拆分系统的整体分析 第二章o t n 业务逻辑拆分系统的整体分析 2 1 系统的应用环境 为支持1 2 0 g 的光电集成系统，需要在n gw d m h 2 1 系统上新增1 2 0 g 线路板， 4 0 g 支路板，l o g 2 5 ga n y 业务接入支路板以及空分交叉单板空分交叉采用商 用1 4 4 x 1 4 4 的异步交叉芯片来实现2 5 g 业务接入支路板可以利用s d 8 1 0 3 来开 发，涉及逻辑的部分则为1 2 0 g 线路板，4 0 g 支路板和1 0 ga n y 支路板 对于1 0 g 线路板t n l 2 n s 2 单板，采用大规模可编程逻辑来实现4 路o t u l - l 或4 路 o t u 2 ( v ) - l 4 到l 路o t u 2 ( v ) - l 处理，下图用l 块f p g a 完成4 路o t u l - l 或4 路 o t u 2 ( v ) - l 4 到1 路o t u 2 ( v ) - l 拆分的映射解映射，每片f p g a 处理1 路1 0 g 业务，并实现主备无损倒换功能如图2 - 1 所示： x ll l ， r 7 r f p g l l m a s ( 叭2 拆分s f l 4 1i x f 3 0 0 9 主各4 a n i l 穿透) -， 3 0 0 p i n1 1 1 1 ， 图2 - 1t n l 2 n s 2 单板功能框图 l，l i 】( f 3 0 0 9 7 l o g f p g a s f h 一l ， s e r d e s1 1 1 ， ( 0 1 u 2 拆 分o t u l 穿透) 一1 ，l， u i x f 3 0 0 9 7 l o g s f l 4 2 ， s e r d e s2 1 1 ll 主8 7 i x f 3 0 0 9 7 l o g f p g a s 9 岁 3 ， s e r d e s3 1 1 ( o t u 2 拆 备8 分0 t u l 穿透) - l ，lu i x f 3 0 0 9 7 1 0 g s f l 4 4 s e r d e s4 1 _ 1 图2 - 2t n l l e n q 2 单板功能框图 对于4 0 g 线路处理板t n l1 e n q 2 单板，用2 块f p g a 完成4 0 g 业务的拆分组 合其中每片逻辑实现8 路o t u l - l 或8 路 o t u 2 ( v ) 一l 4 到2 路o t u 2 ( v ) - l 的处 5 硕+ 卜学位论文第- 二章o t n 业务逻辑拆分系统的整体分析 理，并实现主备无损倒换功能，如图2 2 所示。 对于4 0 g 支路板t l s x l 单板，用2 块f p g a 完成4 0 g 业务的拆分组合其中 每片逻辑实现8 路o t u l 一l 或8 路 o t u 2 ( v ) - l 4 到2 路o t u 2 ( v ) - l 的处理，并实 现主备无损倒换功能，如图2 - 3 所示。 v s - 1 1 0 t v 5 一l l a t 图2 - 3t n l l t s x l 单板功能框图 2 2 处理结构流程 应有系统的结构处理流程图2 4 所示： 主8 t 8 主8 鲁8 u 1 一l 且i ：( v ) l 4 主一刚2 ( v ) 一l 4 o t u 2 ( v ) l0 t u 2 ( v ) 一l 合井 加扰 一 帧对齐 b i p 8 b 品，；， 鲁o t u 2 ( v ) 一l 4 o t u 2 ( v ) - l 0 t u 2 ( v ) 一l 主 加扰 备 帧对齐台井 b i p b 捡铡 选 0 仉，卜l 0 1 y i l 收 加扰 帧对齐 b i p 8 榆测 0 n l l o t l - 一l 帧肘齐加扰 b i p 8 检测 0 1 y 2 ( v ) 一l 0 t l 2 ( v ) 一l解扰 o t c 2 ( v ) - l 4 定帻 总线拆分 b i p 8 检铡 0 仉j l l 解扰 o t l 卜l b i p 8 检测 定帧 图2 - 4 系统结构处理流程图 6 硕士学位论文第- 二章o t n 业务逻辑拆分系统的整体分析 2 3 系统的功能 2 3 1 上行方向 上行方向从系统侧( 背板 流，经过高速s e r d e s ，转换 钟域以及转换位宽，变成3 为 2 b ) 接入o t u l 一l 或者o t u 2 - l 4 或者o t u 2 v l 4 数据 8 b i t 3 3 4 m h z 并行数据，使用异步m r f i f o 隔离时 i t 1 5 5m h z 数据流；接着进行o t u l 性能监视，包 括定帧，o t u l 解扰和o t u l 帧s m - b i p 8 字节( d e g e x c ) 处理；根据帧头完成帧 e g r e s s 2 - 5 上行方向框图 对齐功能( f p - a l i g n ) ，经过帧对齐的o t u l 帧可以实现数据流的无损倒换，而对 于o t u 2 帧，还需要将o t u 2 一l 4 或者o t u 2 v l 4 帧组合起来才行，另外旁路进行 o t u 2 性能监视，包括o t u 2 解扰和o t u 2 帧 将主备选择之后的数据写入d m a p - f i f o ， s m b i p 8 字节( d e g e x c ) 处理；最后 数据流也从3 2 b i t 1 5 5m h z 转换成 1 6 b i t 1 6 7 m h z ，然后从s f l 4 接口发送出去。其方框图如图2 6 所示 7 硕一 ：学位论文第一二章o t n 业务逻辑拆分系统的整体分析 2 3 2 下行方向 下行方向从线路侧介入o t u l 一l 或者o t u 2 - l 或者o t u 2 v l 业务，经过 接口，转换为1 6 b i t 1 6 7 m h z 并行数据，使用异步s f l 4 一f i f o 隔离时钟域以 s f l 4 及转 换位宽，变成3 2 b i t 1 5 5m h z 数据流；接着进行o t u l o t u 2 性能监视，包括定帧 o t u l o t u 2 解扰和o t u l o t u 2 帧s m - b i p 8 字节( d e g e x c ) 处理；然后再生 字节，以及进行0 t u i o t u 2 扰码：而对于o t u 2 帧，还需要将o t u 2 - l 或者 s m b i p 8 o t u 2 v - l 帧拆分成0 t u 2 一l 4 或者o t u 2 v l 4 数据流才行；最后将成帧的o t u 卜l 或者 o t u 2 - l 4 或者o t u 2 v l 4 数据流写 成8 b it 3 3 4 m h z ，通过高速s e r d e s 入m t f i f o ，数据流也从3 2 b it 15 5m h z 转换 接口发送到系统侧。其方框图如图2 - 5 所示。 i n g r e s s ；、一 v “ i c i bc hf r 一- 。7 ：。o ! 妒：。 ) t l ： 瞻札州4 一伽 3 0 1 医o s e r 习1 ) e s 国f 儿! l i 嗤 i g h t 、 d l l a p 孙 c i bc l：阳一 毒诣卜誓= 翟_ 一 o t l l 阳 j 口j f r + 3 2 i ， 、?i i c n 一l j 仉 l 阳 o t l 宙强隆臻“l 5 徽j 简幽豳 c l ks fi 4 _ 2 8 5 _ t 压 c 1 l s f i 4 一t x 2帅影 讹t 曩 l l一 l 州 i g n t 1 3 2 上jc i kd r o c d a t a s f i 4 一t x 3 1 3 ：0 l i4 1 1 彬 f r 一 垤 n 鬯! ! 瞻k 声 c l bc h l l _ i j i l 聿 f i一 d 姒p 1 j l 阳 i 硎 f 0 卜、。卜 f if ( j 徽 3 2 叫夕1 一、一 jf r o t l 呻，f 0 笼。，。么瑟 - 厂面订， 一 l l _ 卜 c l k s 州2 旺面c l k 一8 f i 4 一1 3f j g 、 ：” 1c l kd r o cl 骝雹 k - 州_ - _ l _ 一一 1 6 b j t 1 6 7 枷z 3 2 b i t 尊1 5 5 喇z踮i 埔3 3 4 删z 2 4 系统的时钟方案 图2 7 为上行时钟方案框图： 2 6 下行方向框图 8 硕士学位论文 第二章o t n 业务逻辑拆分系统的整体分析 图2 7 上行时钟方案框图 上行方向时钟资源统计： 4 x 2 5 c 1 0 c 拆分：b u f r4 个， b u f g9 个； 8x 2 5 g 2x1 0 g 拆分：b u f r8 个，b u f g1 7 个。 图2 - 8 为下行时钟方案框图： 下行方向时钟资源统计： 4 x 2 5 g l o g 拆分：b u f r4 个， b u f g4 个； 8x 2 5 g 2x1 0 g 拆分：b u f r8 个，b u f g8 个。 另外5 0 m 时钟倍频到2 0 0 m 时钟( 用于i d e l a y c t r l ) 需要2 个b u f g ，并且5 0 m 时钟 用作内部c p u 时钟还需要1 个b u f g ，所以4 x 2 5 g l o g 拆分总共需要1 6 个b u f g 和8 个b u f r ；而8x 2 5 g 2x1 0 g 拆分总共需要2 8 个b u f g ，1 6 个b u f r 9 舰i j 学位论义 第二章o t n 业务逻辑拆分系统的整体分析 卜i s e r d e s x 4 a t r ， 4 b i tx e g r e s s 图2 - 8 下行时钟方案框图 r e3 3 3 m ! i ?h f u 兰_ 3 掣 m g t t x 卜d a t a r x 甘 -卜 2 5 模块分解分析 4 x 2 5 g l o g 实现1 路o t u 2 业务的拆分组合，或者4 路o t u l 业务的透传，完 成o t u l o t u 2 业务的无损倒换上行方向有系统侧m g t 接口接收主备o t u l o t u 2 业务，完成主备业务的性能监视，以及o t u 2 业务的组合，通过增删脉冲的方案实 现无损倒换，最后经过s f l 4 接口输出下行方向则由s f l 4 接口接收o t u l o t u 2 业务，完成业务的性能监视，以及o t u 2 业务的拆分，然后通过主备m g t 接口将数据 流发送出去总之，数据流的处理是下行方向双发，上行方向选收 4 x 2 5 g 2 x l o g 则是将4 x 2 5 g l o g 复制2 份，实现2 路0 t u 2 业务的拆分组 合，或者8 路o t u l 业务的透传，完成o t u l o t u 2 业务的无损倒换数据流的处理与 4 x 2 5 g l o g 相同。 2 6 难点研究与分析 2 6 11 0 g 2 5 gs f l 4 接口复用 由于上游对接芯片( 譬如i x f 3 0 0 0 9 ) 的o t u 2 o t u ls f l 4 接口是复用的，所以 要求p l 2 6 7 & p l 2 6 8 芯片实现同样功能目前单板提供1 ：4 零延迟驱动电路，将与 o t u 2 业务相关的时钟( 包括接收和发送方向) 驱动到对应的4 路o t u ls f l 4 接口 l o 硕士学位论文第二章o t n 业务逻辑拆分系统的整体分析 上这样，o t u 2 的业务处理由4 组o t u l 处理来实现，这样可能面临着各组处理电 路造成的延迟不同，而导致本芯片o t u 2 接收无法正确恢复，或者上游对接芯片 ( 譬如i x f 3 0 0 0 9 ) 接收不正常的问题 s f l 4 接收和发送方向解决的一个方法是：在配置为o t u 2 业务时，使用一个 b u f r 输出时钟、同一个时钟调相状态机、同一个s f l 4 接口f i f o 读写地址另外 需要考虑冗余方案保证稳健性即s f l 4 接收和发送方向提供c p u 接口，通过软件 配置来选择4 组2 5 g 数据的的组合；其中4 组中第1 组只要1 拍数据，而第2 、 3 、4 组数据需要提前1 拍、当前拍、延迟l 拍的数据等3 拍数据以供选择 2 6 2v ir t e x 5 系列的s fl4 接口 s f l 4 接口是逻辑设计中容易出问题的部分根据x i l i n x 器件手册，一1 速率的 器件只能支持工作时钟小于6 4 5 m h z 的s f l 4 接口，而p l 2 6 7 & p l 2 6 8 的s f l 4 接口时 钟可以达到6 6 9 m h z ，因此按照器件手册，只能选择- 2 - 3 速率等级的器件如果使 用一1 速率的器件，需要进行如下处理：所有s f l 4 接口设计中i s e r d e s 的参数 b i t s l i p 都需要设置成t r u e ，并且相应的b i t s l i p 使能接口需要接地，这样性能才 能保证 2 7 关键技术研究 2 7 1 无损倒换 在帧对齐r a m 的再生帧头位置，对经过帧对齐( f r o t u 2 0 t u l 数据切换，保证数据没有损伤然主、备m g t 接收方向随路时钟是同源 的，但是不同相，所以切换瞬间始终的相位是无法平滑过渡的，可能导致单板的 p l l ( s i 5 3 2 6 ) 输出时钟进行调整由于d m a p f i f o 的读时钟来源于单板 p l l ( s i 5 3 2 6 ) 输出时钟，所以需要根据d m a pf i f o 的水线，对输出到单板 p l l ( s i5 3 2 6 ) 芯片的时钟进行处理( 包括增加和删减脉冲，或者调整相位等方法) ， 保证d m a pf i f o 水线的稳定 图2 9 是o t u l 业务无损倒换方案首先对m g t 随路时钟3 3 4 m h z 进行8 分频， 得到4 2 m h z 时钟，然后根据d m a p f i f o 水线来做相应调整：如果d m a p f i f o 水线变 高了，那么需要将d m a p f i f o 读时钟频率上调一点，所以需要增加4 2 m h z 时钟脉 冲；如果d m a p f i f o 水线变低了，那么需要将d m a p f i f o 读时钟频率下调一点， 这时需要删减4 2 m h z 时钟脉冲。 当配置为o t u 2 业务类型时，由于i x f 3 0 0 0 9 芯片的原因，4 组s f l 4 发送方向 反向定时时钟与第2 组一致，所以只使用了第2 个通道的p l l ( s i 5 3 2 6 ) 并且所有 4 个通道的d m a pf i f o 读写地址都保持一致，水线也就完全一样所以对于o t u 2 硕，i ：学位论文 第二章o t n 业务逻辑拆分系统的整体分析 业务，只要调整第2 个通道的m g t 随路分频时钟即可 图2 - 9o t u l 业务无损倒换方案框图 2 7 2 系统的方案技术分析 ( 1 ) 部分加载技术 对于p l 2 6 7 逻辑，含有以下两种业务：4 种2 5 g 或l u g 业务。根据这两种 业务，p l 2 6 7 发布两个b i t 文件( 一个是4 路2 5 g 业务的逻辑，一个是1 路l o g 业务) ，软件在切换业务时，需要加载对应的b i t 文件，加载完成后，硬复位p l 2 6 7 逻辑。对于p l 2 6 8 逻辑，由于支持2 0 g 的业务，即有两条l o g 的业务组合。所以， 管脚的复用需要采用x i l i n xv i r t e x 系列芯片的r e c o n f i g u a t i o n ( 重用) 技术。 该技术可以参考x i l i n x 的应用笔记x a p p 2 9 0 ：t w of l o w sf o rp a r t i a l r e c o n f i g u a t i o n ：m o d u l eb a s e do rd i f f e r e n c eb a s e d ) ) ( 2 ) 时钟方案 p l 2 6 8 芯片接口众多，包括8 个s f l 4 接口、1 6 个高速s e r d e s 接口( m g t ) ， 同时芯片采用了同步映射方案，即输出时钟要跟踪输入时钟，导致时钟方案非常 复杂。经过不断修改，目前总共使用2 8 个b u f r 。在后端布线时，对b u f g 、b u f r 、 d c m 、p l l 等组件的位置需要特别约束。 ( 3 ) 环回方案 p l 2 6 7 & p l 2 6 8 提供2 钟环回设置：s f l 4 接口往线路侧环回( l o o p 0 ) 、m g t 接口往系统侧环回( l o o p l ) ，如图2 1 0 为p l 2 6 7 & p l 2 6 8 环回方案框图。 1 2 硕i ：学位论文第二章o t n 业务逻辑拆分系统的整体分析 苫 a 接 口 线 路 侧 、 环回下插 数据 。0 x 5 5 ” 。0 1 5 5 ” 图2 - 1 0p l 2 6 7 & p l 2 6 8 环回方案 注：1 、线路侧是更靠近波分光模块的位置，而系统侧是指更靠近背板的位置 2 、上行方向是指从系统侧到线路侧的方向，下行方向侧是从线路侧到系统 侧的方向 3 、p l 2 6 8 逻辑框图是p l 2 6 7 复制2 份，但不包括c l k r s t 和c i b g l o b a 框图对应的是0 t u l o t u 2 业务，有独立的环回控制b i t 来进行配置。当o t u 2 业务环回时，那么它所对应的4 路o t u l 通道都进行环回。环回电路是在零级 模块实现的，其中l o o p l 不采用m g t 内部环回的原因是p l 2 6 6 调试过程中发现 m g t 内部环