（微电子学与固体电子学专业论文）adm设备主盘的研究与实现.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 捅芰 分插复用设备a d m ( a d d d r o pm u l t i p l e x e r ) ，是s d h ( s y n c h r o n o u sd i 酉t a l h i e r a r c h y 同步数字体系) 网络上使用最多的重要网络单元之一，具有灵活的分 插任意支路信号的能力和很大的设计灵活性，在城域网这个业务类型多样化的 网络中得到了充分的应用。 本文从具体的项目需要出发，针对城域网应用的特点和s d h 网络保护机制， 给出了一种软硬件解决方案。该方案将线路端光信号接入功能、高低阶交叉连 接功能和同步定时功能集中在一张盘上，并提供1 + 1 的硬件保护。 本方案将主盘按功能划分为五个单元：线性接口单元提供2 5 g 速率的光信 号接入和信号恢复、净荷处理单元为s d h 信号处理开销业务和对信号质量进行 监控、交叉连接单元提供高低阶交叉连接和复用段保护功能、同步单元产生设 备工作的参考时钟、控制接口单元屏蔽不同类型的芯片寄存器接口，对外部提 供统一的控制总线。本文重点分析了其中线性接口单元硬件实现和净荷处理单 元用户层软件配置的实现。 本文最后针对主盘设计所需要完成的功能和s d h 系统的性能参数，制定了 系统测试方案，并给出了测试结果和分析。结果表明主盘按功能要求可以完成 预期的交叉连接，复用段保护，时钟倒换等功能；光接口的测试结果表明各项 指标均优于s d h 光接口参数规范的要求，复用解复用模块的信号恢复功能也有 效的抑制了信号的传输损伤。 关键字：分插复用设备主盘；交叉连接；自动保护倒换 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t a d d d r o pm u l t i p l e x e re q u i p m e n ti s o n eo ft h em o s ti m p o r t a n tn e t w o r k e l e m e n t so ft h es d ht r a n s m i s s i o nn e t w o r k ，i ti sr a t h e rf l e x i b l eo nt h en e t w o r kd e s i g n m a n ( m e t r o p o l i t a na r e an e t w o r k ) i sah i g h l yc o m p e t i t i v ea n do p e nn e t w o r k s ，s d h h a sr i c ha c c e s sc a p a c i t yo fb u s i n e s sa n da l s ob e e nm a d ei nf u l ld e v e l o p m e n ti nt h e h 重a l 。 t h i s p a p e r i nv i e wo ft h en e e d so ft h e i d i o g r a p h i cp r o j e c t ，a i m a tt h e c h a r a c t e r s f i co ft h ew a na p p l i c a t i o n sa n dt h es d hn e t w o r k p r o t e c t i o n m e c h a n i s m s , p r o p o s e dah a r d w a r ea n ds o f t w a r es o l u t i o n t h es o l u t i o na s s e m b l e l i n e s i d eo p t i c a ls i g n a la c c e s s 、h i g h l o wc r o s s c o n n e c t i o na n ds y n c h r o n i z a t i o ni n o n eb o a r d ，a n dp r o v i d e1 + 1h a r d w a r ep r o t e c t i o n t h es o l u t i o nd i v i d et h ec o r eb o a r di nt of i v em o d u l e sa c c o r d i n gt ot h e f u n c t i o n s ：t h el i n e a ri n t e r f a c em o d u l ea c c o m p l i s ht h ep h o t o e l e c t r i cc o n v e r s i o no f 2 5 g b i t sa n dr e c o v e rt h es i g n a l t h e p a y l o a dp r o c e s s i n gm o d u l ep r o c e s s i n gt h e o v e r h e a do ft h es d hs i g n a l ，t h ec r o s s - c o n n e c t i o nm o d u l ea c c o m p l i s ht h eh i g l a l o w l e v e lc r o s s c o n n e c t i o nf u n c t i o n sa n dt h em u l t i p l e xs e c t i o np r o t e c t i o nf u n c t i o n ，t h e s y n c h r o n i z a t i o nm o d u l eo f f e rc l o c kf o ra l le q u i p m e n t , t h ec o n t r o li n t e r f a c ef u n c t i o n s h i e l d i n gd i f f e r e n tt y p eo fc h i pi n t e r f a c ea n dp r o v i d eau n i f i e di n t e r f a c et ot h ec o n t r o l b o a r d t h i sp a p e rf o c u so nt h ei m p l e m e n t a t i o no ft h el i n e a ri n t e r f a c em o d u l ea n dt h e p a y l o a dp r o c e s s i n gm o d u l e f i n a l l yp r o p o s e dt h et e s t i n gs c h e m ea c c o r d i n gt ot h ef u n c t i o n sr e q u i r e df o r a d mc o r eb o a r da n dt h es d hs y s t e mp e r f o r m a n c ep a r a m e t e r s ，a sw e l la st h et e s t r e s u l ta n da n a l y s i sa r ep r e s e n t e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ef u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t s o ft h ec o r eb o a r dc a nb ec o m p l e t e dt h ef u n c t i o nw ed e s i r e d ：c r o s s c o n n e c t i o n 、c l o c k s w i t c h i n ga n dm u l t i p l e xs e c t i o np r o t e c t i o n 。t h eq u a l i t yo fo p t i c a ls i g n a l si sb e t t e r t h a nt h er e q u i r e m e n to fo p t i c a li n t e r f a c ep a r a m e n t e r s t h es i g n a lt r a n s m i s s i o n d a m a g ei ss u p p r e s s e db yt h ec l o c ka n dd a t a r e c e i v e rr e t i m i n gf u n c t i o n k e yw o r d s ：c o r eb o a r do f a d m ；c r o s s c o n n e c t i o n ；a p s 西南交通大学四陶父遗大罕 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西 南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密q 在用本授权书。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：；岔茹弦出 指导老师签名： 日期：加移，手f s 日期： 如i 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在 文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： 1 本论文针对城域网中的应用特点，将复用段保护功能集成在主盘上，给 设备上支路盘更大的任意组合和扩展的空间； 2 本论文充分考虑了网络应用中的保护策略，为线路端光接入信号提供了 保护通道，实现了i + i 的硬件保护。 学位论文作者签名。：络筅勿往 日期：棚年矿钿z 厂日 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 随着通信技术的发震，要求传送的信息越来越宽泛，不仅是话音、文字、 数据、还有图像和视频等，加之数字通信技术和计算机技术的发展，人们越来 越希望现代信息传输网络能够方便、迅速、经济、有效地提供各种业务通信， 而传统的网络技术由于其业务的单调性，扩展的复杂性和带宽的局限性，仅在 原有框架内修改或完善已经不能满足需要，s d h 技术就是在这种背景下发展起 来的。 所谓s d h 是一种数字传输体制，它由一些s d h 网络单元组成，在光纤、卫 星、微波上实现同步传输、复用、分黼和交叉连接等功能，并具有国际标准纯 的接口速率和信号的帧结构。 s d h 是美国贝尔通信技术研究所最先提出来的，称之为同步光网络 ( s o n e t ) 。国际电话电报咨询委员会( c c i t t 、现i t u t ) 于19 8 8 年接受了s o n e t 概念并重新命名为s d h ，使其成为不仅适用予光纤，也适用于微波和卫星传输 的通用技术体制。它由于可以实现有效管理、实时监控、动态维护、不同厂商 设备间的互通等多项功能，能大大提高网络资源利用率、降低管理及维护费用、 实现灵活可靠和高效的网络运行与维护，已经成为当今世界信息领域在传输技 术方面发展和应用的热点，受到人们的广泛重视。 1 1 本文的研究背景和意义 s d h 的出现是电信传输体制的重大变革，国际电信联盟一电信标准局 i t u t 通过第一套基本标准后，就迅速取代p d h 成为电信网的主流传输技术， 溺从9 0 年代弓l 入以来，至今已经是一种藏熟、标准的技术，在詈干网中 被广泛采用，且价格越来越低。其灵活的组网能力和强大的网管功能与其它 技术相比筻具优势；其丰富的瓣络保护机制，为组建离可靠性的现代传送两提 供了多种不同的选择；由于s d h 技术的成熟性和先进性，也使其逐步由长途网 到中继网，最后在接入网上褥到广泛应用1 2 h 引。s d h 已被各藿列入2 1 世纪高 速通信网的应用项目，是电信界公认的数字传输网的发展方向。当前骨干 网上主要用的是s t m 6 4 设备，代表产品如华为的o p t i xm e t r 0 5 0 0 0 系统、 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 中兴的z x m p $ 3 8 5 3 9 0 设备、上海贝尔阿尔卡特的1 6 7 0s m 设备、马可尼的 m s h 6 4 c 设备等。而对4 0 gs d h 设备的关键技术也已经基本攻克，随着3 g 时 代的来临，s d h 网络4 0 g b i t s 商用也正在展开。各设备制造商均已推出自己的 s t m 2 5 6 产品，我国的烽火通信研发的f o n s w e a v e r 7 8 0 a 已在国内外得到了规 模商用【4 】o a d m ( 分插复用器) 是s d h 中应用最广、最富有特色的设备。它是一个三 端口设备，具有两个s d h 光接口，通过另一端可以灵活地上下路复用在s t m n 信号中的低速率信号。a d m 内部还具有交叉连接功能，允许两个s t m 信号之间 不同v c 的互联，并能方便地进行带宽管理。在实际网络中，根据a d m 的结构特 点，它可以灵活地用在网络中不同的位置。 在移动、固网运营商向全业务运营商转型的大趋势下，新一代移动语音、 宽带数据及流媒体视频业务将成为各大运营商收入的三大支柱【5 】。在城域网应 用中，各运营商和业务供应商要求s d h 网络单元能够提供强有力的智能光网络 解决方案，在提供具有竞争力的新业务和保持具有收益的传统业务之间保持均 衡。a d m 设备由于其可以提供丰富的业务接口、多种网络保护手段、强大的交 叉连接能力和在网络中灵活的应用，越来越受到设备制造商和运营商的关注。 1 2 本文的内容与安排 针对城域网应用的a d m 设备1 6 6 2s m c 是阿尔卡特众多的光传输设备之一， 本人有幸参与了其中主盘s y n t h l 6 的研发，成为其团队成员之一。本人的主要 工作包括：协助完成a d m 设备中主盘的软硬件实现与测试。主盘主要实现 s t m 1 6 光信号的接入、高低阶交叉连接和设备同步功能，并在应用中可以设置 为1 + 1 的硬件保护，保证业务的正常传输。本文所论述的是在研发过程中的设计 思想和实现方法。 论文共分为五章，结构安排如下： 第一章简要介绍了本论文的研究背景，包括s d h 技术发展现状、a d m 设备 在城域网中的应用背景和本论文的工作安排。 第二章具体介绍了a d m 的技术基础。首先介绍了s d h 的帧结构和复用原 理，其次分析了a d m 设备的特点和应用，最后通过a d m 设备的逻辑功能模型详 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 细的描述了a d m 设备的工作原理。 第三章给出了设备主盘的总体设计方案，首先分析了主盘需要完成的功能， 然后给出了总体的设计方案并对方案按功能划分了模块。本章重点阐述了线性 接口单元和净荷处理单元的设计与实现，并详细分析了净荷处理单元的信号处 理过程，通过编程实现了对r s t 、m s t 、m s a 和h p t 模块的用户层软件设置。 第四章对针对主盘设计所需要完成的功能和s d h 系统的性能参数，制定了 系统测试方案，对主盘样盘进行测试，并给出了测试结果和分析。结果表明主 盘的交叉连接、同步定时和复用段保护等功能均满足设计要求，各项光接口参 数也符合s d h 系统工作需求。 第五章对本次论文所做的工作进行了总结，并对下一步的工作做了进一步 的设想。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 第2 章a d m 设备原理 2 1s d h 技术基础 2 1 1s d h 帧结构 i t u t 采纳了一种以字节为基础的矩形块状s d h 帧结构【6 】【7 1 。如图2 1 所示由 纵向9 行和横向2 7 0 n 列字节组成，传输时由左到右、由上而下顺序依次传输， 传输一帧的时间为1 2 5 u s ，因此对s t m 1 而言，传输速率共为8 b i t x9 x2 7 0x8 0 0 0 = 1 5 5 5 2 0 m b i t s 。 图2 - 1s t m n 帧结构 s t m 1 是s d h 最低阶的帧结构，更高阶帧结构由s t m 1 的n 倍组成，其 中n 的取值只能为1 、4 、1 6 s t m n 的帧结构由段开销、信息净负荷( p a y l o a d ) 和管理单元指针( a u p t r ) 3 个部分组成。 ( 1 ) 段开销( s o h ) 段开销是s d h 帧结构中为了保证信息正常、灵活、有效地传送所必须的附 加字节，它主要用于网络的正常运行、管理和维护。段开销可分为再生段开销 ( r s o h ) 和复用段开销( m s o h ) 两个部分：其中r s o h 位于帧结构中的第1 3 行的1 - 9 x n y u ，监控的是s t m - n 的整体的传输性能；m s o h 位于帧结构中的5 9 行的1 - 9 x n 列，监控的是s t m n 信号中每一个s t m 1 的传输性能。 ( 2 ) s t m n 净负荷( p a y l o a d ) 信息净负荷是用于信息业务的比特，信息净负荷区域即s t m n 传送的各种 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 业务信息在s t m n 帧中的存放区域。 ( 3 ) 管理单元指针( a u p t r ) 管理单元指针位于s t m n 帧中第4 行的9 x n n ，用来指示净负荷区内的信 息第一个字节在s t m n 帧内的准确位置，收端接收时据此来定位净负荷。 2 1 2s d h 的复用原理 s d h 信号的复用有两种情况。第一种为将低速的s t m n 帧信号复用成高速 s t m - n 帧信号。其复用方法为字节间插复用，4 个低一级的s t m m 帧信号复用 成一个高一级的s t m n 帧信号，在复用过程中，保持帧频不变。在进行字节间 插复用时，各帧的信息净负荷和指针字节按原数值进行字节间插复用，而段开 销由于其开销字节作用不同，则会有所取舍。 第二种情况为将低速支路信号复用成s d h 信号，我国s d h 的一般复用结构 如图2 2 所示，它是由一些基本复用单元构成的、有若干个中间复用步骤的复用 结构。 图2 - 2 我国的s d h 映射复用结构 s d h 复用基本原理如下： 首先将各种速率等级的信号经过码速调整适配进相应的容器c 中，这些c 即 用来装载各种速率业务信号的信息结构，是一种纯载荷容量的定义单元，主要 完成速率调整适配功能。 各种速率等级的数据信号进入相应的的c ，加上通道开销p o h 就构成了虚容 器v c 。v c 是s d h 中最重要的一种信息结构，支持通道层连接，且包封速率与 网络同步，除在v c 的组合点和分解点( p d h s d h 网络边界处) 外，v c 在s d h 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 网中传输时保持完整，可作为一个独立的实体从通道中任何一点取出或插入。 从v c 出来的数据信号再按照规定的线路，进入支路单元t u 或管理单元a u ， 就是复用结构中的定位校准过程。t u 是一种为低阶通道层和高阶通道层提供适 配功能的信息结构，由低阶v c 和支路单元指针t u p t r 组成。一个或多个在高 阶v c 净荷中占有固定位置的t u 组成支路单元组t u g 。a u 是为一种为高阶通道 层和复用层提供适配功能的信息结构，由高阶v c 和管理单元指针a u p t r 组成。 一个或多个a u 构成了管理单元组a u g ，在a u g 的基础上附加段开销，就 形成了s t m - n 帧结构。 2 2a d m 设备特点与应用 a d m 设备是s d h 网络中最具物色，应用最为广泛的设备，尤其是在环形 网的应用中，以其特有的自愈能力而备受青睐。它的结构如图2 3 所示，是一 个三端口器件，有两个线路端口和一个支路端口，可以等效成两个t m ( 终端 复用器) ，作用是将支路端口的低速率等级信号复用到线路端口的信号s t m n 帧中去，或者从线路端口的s t m - n 帧中拆分出低速率等级信号给支路端口。 还可以将两个线路端口的s t m n 信号进行交叉连接。 s d hp d h 图2 3 分插复用设备( a d m ) a d m 设备支路端口可接各种i t u tg 7 0 3 规定的低速支路信号和s d h 帧 信号s t m m ( m 单电源3 3 v 供电，接收模块和发送模块独立分配电源和地； 2 0 个引脚，兼容m s a 协议； 符合i t u t 0 9 5 7 和i t u t 9 5 8 要求； 金属外壳封装，电磁屏蔽能力强； p e c l 电平输入、输出，内置a c 耦合； 电路连接图如图3 4 所示： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 图3 - 4s f p 光模块电路原理图 光模块提供的数据接口有： t s d o n p ：接收复用解复用模块的串行输出； r s d i n p ：发送串行数据给复用解复用模块。 光模块对外提供的控制和状态接口有： 光模块收端信号丢失告警( l o s ) ：正常情况下输出低电平，当出现l o s 告警信号时，输出高电平。输出信号传送给控制接口芯片s p i d e r 和 芯片c r i s t a l l o 撑1 。 光模块发送失败告警( l f , l a s e rf a i l ) ：正常情况下输出低电平，当出 现l f 告警时，输出为高电平，根据芯片手册说明，在低电平时，输出 电压一定要低于0 8 v ，选择上拉电阻为1 0 k q ，下拉电阻为1 k f l 。输 出信号传送给控制接口芯片s p i d e r 和芯片c r i s t a l l o # 1 。 激光器使能信号( t d i s ) ：由芯片c r i s t a l l o # i 发出使能信号，正常 情况时输入为低电平，当输入为高电平时，关闭激光器。 光模块准备就绪信号( p r e ss f p ) ：内部拉低，输出始终为低电平， 输出信号传送给控制接口芯片s p i d e r 。 控制接口模块通过1 2 c 总线对s f p 光模块的寄存器进行控制。其具体工作 原理是使用1 2 c 总线访问光模块的寄存器，通过对寄存器的读写，完成对光模 块的控制功能。通过使用1 2 c 总线实现信息交流，控制盘可以得到关于光模块 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 的详细的性能监控信息，同时，也可以对s f p 光模块按照需要进行重新配置。 c p l d 连接s f p 光模块和芯片s p i d e r ，提供1 2 c 总线与板内串行总线的接口转 换。 3 3 2 复用解复用模块设计 由于光模块只是进行光电转换，不对信号作任何处理，而经过光纤传输的 光信号在传输过程中会受到色散的影响，使数字脉冲展宽，引起码间串扰，同 时下游的业务处理芯片要求输入输出的数据信号速率是6 2 2 m b i t s ，这就需要一 个复用解复用模块对信号进行再生，整形和定时处理，改善信号质量，同时实 现信号速率的复用解复用为下游处理模块提供接口适配。 本设计中复用解复用模块由德州仪器公司的s l k 2 7 2 1 芯片完成l i 引，该芯 片2 5 v 低压供电，功率小于9 0 0 m w ，高抖动容限，性能稳定，提供自适应速 率检测功能，并提供多种测试功能；模拟部分、l v d s 部分和p l l 部分均单独 供电和接地，有效地减小了干扰；而且只需要对外部引脚进行设置就可以实现 工作模式的控制。复用解复用模块的结构如下图所示： 图3 - 5 复用解复用模块框图 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 ( 1 ) 复用功能的实现： 复用路径的功能主要是把净荷处理模块传送过来的四路6 2 2 m b i t s 信号复 用为一路2 5 g b i t s 的信号输出，传送给光模块，输出为p e c l 电平。复用路径 由f i f o 模块、m u x 模块、c m u 模块组成。 f i f o 模块接收四路并行数据信号和一路时钟信号，主要的作用是缓存输入 并行数据，调整高速并行数据之间的相位，为m u x 模块提供同步处理后的并 行信号。参考时钟是由净荷处理单元提供，与并行输入数据严格同步。 m u x 模块的作用是根据并行数据信号与串行数据信号之间的映射关系， 把四路并行信号复用为一路串行信号。 c m u 模块接收低速时钟输入，形成一路高速时钟输出，为串行输出定时。 输入时钟由同步单元接入。 ( 2 ) 解复用功能的实现： 解复用路径的功能是把s f p 光模块传送的高速信号解复用为四路低速信 号。解复用路径由两个模块组成：c r u 模块和d e m u x 模块。 c r u 模块的功能是对信号进行定时，整形，再生处理，改善信号的质量， 同时锁定串行信号，恢复出信号对应的时钟信号，供下一级的d e m u x 模块使 用，在锁定信号失败时会产生时钟锁定失败告警( l o l ) 。参考时钟由同步单 元接入，以确保恢复的时钟的精度。片上p l l 由相位检测器、环路滤波器和 v c o 组成，电路符合s d h 抖动容限要求，当输入数据和片上v c o 之间产生相 位差时，环路滤波器会提高或降低v c o 的控制电压，以消除相位差。 d e m u x 模块的作用是使用c r u 模块恢复出的时钟信号和数据信号，把串 行信号解复用为四路并行信号。输出信号为6 2 2 m b i t s 的l v d s 差分电平信号。 s l k 2 7 2 1 芯片还提供了远端环回，局部环回，伪随机码检测，帧同步检测 等测试功能，均由控制接口芯片s p i d e r 控制连接，以便在调试时使用。复用 解复用模块电路原理图如图3 - 6 所示： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 图3 _ 6 复用解复用模块电路原理图 复用解复用模块关键信号连接： m u xc l k p n ：由同步单元提供的工作参考时钟； r s d i p n 、t s d o p n ：复用解复用模块与光模块之间传输数据的信号线； l n i n 0 ：3 p n 、c k i l np n ：由复用解复用模块传送到净荷处理单元的 数据线和同步时钟线，其中l n i no w n 对应串行数据中的第一个比特； l n o u t 0 ：3 p n 、c k o l np n ：由净荷处理单元传送到复用解复用模块 的数据线和同步时钟线，其中l n o u t0 p n 对应串行数据中的第一个比特。 芯片主要管脚功能如表3 1 所示： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 9 页 表3 1芯片主要管脚说明 名称说明 r e f c l k p n差分输入时钟，为输出串行数据的时钟倍频和输入串行数据时钟恢 复提供参考时钟 t x c l k p n 差分输入时钟，为t x d a t a 0 ：3 p n 提供同步时钟 t x d a t a 0 ：3 p n 并行数据输入 s r d i p n 串行数据输入 t x c l k s r c 串行数据同步时钟输出 s t x d o p n 串行数据输出 r x c l k p n 差分输出时钟，为r x d a t a 0 ：3 p n 提供同步时钟 r x d a t a 0 ：3 p n 并行数据输出 l l o o p 局部环回使能信号，高电平有效 r l o o p 远端环同使能信号，高电平有效。 f r a m e e n 帧同步检测使能信号，高电平有效。 p r b s e n 伪随机码测试使能信号，高电平有效。 r e s e t 芯片复位信号，低电平有效。 a u t o d e t e c t 信号速率自动检测使能信号，低电平有效，设置为自动检测时， r s e l o ：i 必须设置为0 0 或不连接。 r s e l o ：1 并行传输数据速率设置，设置为0 0 时，传输速率为6 2 2 m b i t s 。 c o n f i g 0 ：1 芯片工作模式设置，设置为0 0 时，全双工模式 l o o p t ec m u 模块参考时钟选择信号，低电平时c m u 模块参考时钟为 r e f c l k p n ，高电平时为c r u 模块恢复的时钟 l c k r f e n时钟参考源锁定信号，低电平时，r x c l k p n 由锁定r e f c l k p n 得到，高电平时由锁定c m u 模块恢复的时钟得到 f s y n c p n 帧i 司步测试输出引脚 l o l时钟锁定失败告警输出，高电平有效 p r b s p a s s 伪随机码测试输出，当p r b s e n 拉低时，输出为低，当p r b s e n 拉 高时且伪随机测试通过时，输出为高电平， 3 4 净荷处理单元 接收的光信号经过线性处理单元的各模块进行处理后，得到的是信号质量 得到改善的s d h 帧信号，这里所指的信号质量只是指信号物理电平符合要求。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 而对于信号帧结构本身，以及帧内信息内容有没有出现错误，还需要做进一步 的检测，并做出相应的处理，同时为了实现对支路信号的插入与分出，需要把 s d h 帧信号经过分解，输出通道信号v c l 2 3 4 给交叉连接单元。净荷处理单 元的主要功能就是对总体信号质量和各通道内的信号质量进行监测，和将s d h 帧信号分解成通道信号输出，同时在相反的方向上对通道信号进行映射、复用 和指针调整处理，加入段开销和通道开销，形成一个完整的s d h 帧信号输出。 本设计中采用芯片c r i s t a l l o 完成对s d h 信号的开销处理和信号监测 【l 7 1 ，该芯片是处理s d h 信号的专用芯片，功能强大，其中t t f 模块包含四组 接口，可以工作在三种模式下：四个s t m 一1 、一个s t m 4 和一个s t m 1 6 ，在 1 6 6 2 系统中的主盘和带s d h 光口的支路盘中都选用它，不仅降低了设计难度， 而且批量生产也降低了成本。h o a 模块的处理能力是四个v c 4 ，芯片通过i s p b 总线与控制盘通信，通过独立的d c c 通道传送d c c 帧，通过独立的a u x 通 道传送公务联络字节和厂商自定义开销字节。在本设计中设置芯片工作在一个 s t m 1 6 模式下，结构如下图所示，t t f 模块处理s d h 的再生段开销和复用段 开销，包括r s t 、m s t 和m s a 三个子模块，并输出t 1 定时信号给s e t s 模块 锁相；h o a 模块处理高阶通道开销，包括h p t 和h p a 子模块。芯片的工作时 钟由同步单元提供，各模块功能的实现在下面的设计中详细说明。 f 2 、f 3 h o a r i ：r 一爰嗣 k 1 、i q 至兰三；虱 k 1 、l 叫r s tk 叫m s t 卜一 t xs i d e 画戛卜 r xs i d e i n s e r t i o ni n s e r t i o n 萄 d c c rd c c m 固 一青翮 l ! ：! 1 2r 一一 ll _ i f -1 图3 - 7 净荷单元结构图 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 l 页 净荷处理单元的设计主要是指按要求对芯片内部各种寄存器进行设置，寄 存器的读取和设置是通过用户层的接口函数来实现的，用户层接口函数由应用 处理层的函数调用，用来向用户查询各种功能是否可配置及要求用户实际完成 寄存器的读写。 上文介绍了芯片可以工作在四个s t m 1 、一个s t m - 4 和一个s t m 1 6 三种工 作模式下，也就是说芯片有四个t t f 处理模块，如图3 7 所示，可以看出对于1 6 个a u 信号，是以四个为一组，分别在四个t t f 处理模块中。根据芯片资料提供 的信息，得到芯片内寄存器地址分配的原理是：首先t t f 模块寄存器分配为一 组，当需要读写任意一个t t f 模块的寄存器时，只要找到第一个t t f 模块寄存器 地址，再加一个偏移地址即可，我们称之为段偏移地址；其次对于每个t t f 模 块内单个a u 4 信号处理寄存器，当要读写任意一个a u 4 信号处理寄存器时，需 要再加一个偏移地址，我们称之为组偏移地址，当我们要读写任意一个 v c 3 c 1 2 信号处理寄存器时，需要再加一个通道偏移地址。h o a 模块内地址计 算方法与此类似。这样可以得到芯片内部寄存器地址计算方法为：寄存器地址= 模块寄存器开始地址+ 段偏移地址+ 组偏移地址+ 通道偏移地址。芯片寄存器地址 计算函数定义为： i n ta s _ r e g i s t e r m a p a d d r e s s ( a s n e w _ r e g m a p p c e _ t 幸a s i c r e g ， i n t n u m b e rg r o u p l ， i n t n u m b e r g r o u p 2 ， i n t n u m b e r _ g r o u p 3 ) 参数定义：a s i c r e g 是一个结构体指针，提供模块寄存器开始地址， n u m b e r _ g r o u p l 是段偏移量，对应第几个t t f 模块；u m b e r _ g r o u p 2 是组偏移量， 对应一组内第几个a u 4 ，只有在m s a 模块内有；n u m b e r _ g r o u p 3 通道偏移量， 对应第几个v c 3 v c l 2 。关于更多的函数定义信息在附录中给出。 寄存器地址映射结构体a s _ n e w _ r e g m a p p c e t 定义为： t y p e d e fs t r u c ta s _ n e w _ r e g m a p p c e _ t u l o n gp h y s _ a d d r e s s ； ，木寄存器在芯片内部物理地址木 u l o n g d e f a u l ty a l u e ； 木寄存器默认值宰 b o o l t 0b ec h e c k e d ； 术检测结果木 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 2 页 u l o n gr e g _ m a p _ a d d r e s s ； 严寄存器在设备架构内的逻辑地址木 u l o n gs p a c eg r p l ； 幸逻辑地址段偏移地址量木 u s h o r t s p a c eg r p 2 ；严逻辑地址组偏移地址量幸 u s h o r t s p a c eg r p 3 ； 严逻辑地址通道偏移地址量宰 u s h o r tn u m b e rg r pl ： 严段基数值木 u s h o r tn u m b e rg r p 2 ； 宰组基数值木 u s h o r tn u m b e rg r p 3 ；宰通道基数值木 u s h o r t d i s p ： 幸物理地址段偏移地址量宰g r p l u s h o r t d i s p宰物理地址组偏移地址量木g r p 2 ； u s h o r t d i s p宰物理地址通道偏移地址量宰g r p 3 ； ) a s _ _ n e w _ r e g m a p p c e _ t ； 控制盘对芯片工作过程的控制分为两个阶段：第一个阶段是初始化阶段， 控制盘将原始配置信息批量下载到芯片寄存器中，配置完成后芯片开始工作； 第二个阶段是状态信息查询阶段，芯片开始工作后，控制盘通过轮询方式定时 查询芯片的告警信息，然后将告警信息按优先级做比较，最后将最高优先级的 告警输出显示和给控制盘处理，控制盘根据状态信息修改配置信息。芯片初始 化配置流程如下图所示： 匿亘垂圃 图3 8 净荷处理单元芯片配置流程 一 一一一 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 3 页 根据对控制盘控制过程的分析可以知道，控制盘会对芯片内部进行两种操 作，参数配置和状态信息提取，参数配置又分为功能参数配置和告警参数配置， 功能参数配置主要是为功能模块工作过程配置参数和分配端口，告警参数配置 是指在初始化时配置进入和退出告警的时间门限。 由于t t f 模块工作在不同的模式下时，对外输入输出的端口会有所变化， 信号速率会不同，检测误码量告警的门限值也会不同。我们为t t f 模块配置定 义了一个函数，根据t t f 模块工作模式使能输入输出端口，确定m s t 模块内复 用段误码过量告警( m s e x c ) 和复用段信号劣化告警( m s d e g ) f j 限值，自动激 光关断( a l s ) 时间参数和光口工作状态。a l s 是指当检测到信号劣化到需要 启动保护倒换时，设备自动关闭激光器( 当配置有保护路径时进行复用段保护 倒换) ，然后定时发光，查看路径是否恢复。a l s 分为自动保护倒换中的主用 光口模式和保护光口模式，光口工作状态分为a l s 状态和关闭a l s 状态。函数 定义为： s r c ta sc r it r a n s p i c f g b l k ( s c _ a s i c b l k l n d e x _ tp o r t l d ， s c _ t r a n s p i c f g b l k _ _ t 宰b l k _ b u f f e r ， a s c r i r e g m a p _ t木p t r ) 参数定义：p o r t l d 是段偏移量；b l kb u f f e r 是结构体指针，提供设置细节的判 决条件，根据b l kb u f f e r 提供的判决条件，进行不同的配置；p 仃是结构体指针， 提供模块寄存器映射地址。 函数功能：该函数首先根据段偏移量和模块寄存器映射地址计算寄存器地 址，然后根据t t f 模块工作模式使能t t f 模块对外输入输出端口，设置m s t 模内 m s e x c 和m x d e g 误码块告警门限值、a l s 时间参数和光口状态，返回值为 s r co k 。函数流程图如图3 9 所示： 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 4 页 3 4 1r s t 模块设计 图3 9t t f 模块工作模式设置函数流程图 s d h 信号在任意的通道层信号和段层信号都设置了大量的开销字节，以确 保客户端在接收信号时能正确提取信号和对信号质量进行监控。所以用户在接 收信号时，要先提取信号中的开销进行处理，确定信号质量，然后再分离出需 要的信号。r s t 模块的主要功能就是处理和生成用于再生段管理与维护的再生 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 5 页 段开销，在收的方向上对信号质量进行监控，产生相应的告警信号，并做出处 理，在发的方向上生成再生段开销，将信号组合成完整的s d h 帧信号输出。r s t 模块又分为r s ts i 和r s ts o ，r s ts i 处理接收端信号，r s ts o 处理发送端信号。 r s t 模块工作原理图如图3 1 0 所示，当r s t 模块产生重要告警，确定当前信号已 经严重劣化时，会在输出点下插全1 信号输出。 o o fl o f 蹲眦陟删a u x d c ci 慧岱 图3 - 1 0r s t 模