（信号与信息处理专业论文）基于cpci的ethernetv35协议转换器设计.pdf

苏州大学学位论文使用授权声明 本人完全了解苏州大学关于收集、保存和使用学位论文的规定， 即：学位论文著作权归属苏州大学。本学位论文电子文档的内容和纸 质论文的内容相一致。苏州大学有权向国家图书馆、中国社科院文献 信息情报中心、中国科学技术信息研究所( 含万方数据电子出版社) 、 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社送交本学位论文的复印件和电子 文档，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存和汇编学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索。 涉密论文口 本学位论文属在l 月解密后适用本规定。 非涉密论文口 论文作者签名：燕耋琏 日 期：咿留。乡之 导师签名：鲎丝日期：兰! ! ：三 基于c p c i 的e t h e m e t - v 3 5 协议转换器设计 中文摘要 基于c p c i 的e t h e r n e t - v 3 5 协议转换器设计 中文摘要 + 以太网( e t h e r n e t ) 是一种计算机局域网组网技术，它是当前应用最普遍的局 域网技术，在很大程度上取代了其它局域网标准。 v 3 5 接口是一种高速同步数据接口，用于6 0 ，- - 1 0 8 k h z 基群电路的4 8 k b i t s 数 据远程传输的调制解调器设备标准。广泛运用在路由器，数据采集系统，多媒体视频 终端，例如在银行联网，电力系统通讯，铁路通讯系统等对信息通讯要求高可靠性， 高安全性的事业单位。 因此完成上述两种不同接口的转换，对于实现以太网络与其它网络的互联，局域 网的扩展等具有重大的现实意义。 本课题的主要目标是在标准的内置c p c i 板卡上面完成以太网接口到v 3 5 接口的 转换，从功能上看，课题可以划分为数据转换功能和c p c i 接口通信功能。数据转换 功能主要实现v 3 5 接口数据到e t h e r n e t 接口数据的相互转换；c p c i 接口通信功能则 通过以太网控制器r t l 8 1 3 9 c 来实现，即利用r t l s l 3 9 c 构建了一个c p c i 网卡。 论文首先介绍了以太网技术、v 3 5 通信接口与应用、c p c i 总线特点及 e t h e m e t - v 3 5 转换器工作原理。重点介绍了系统硬件电路和软件的设计，硬件电路部 分主要包括e t h e m e t - v 3 5 转换模块，c p l d 接口转换及时钟发生模块，v 3 5 接口电平 转换，c p c i 网卡实现模块，m c u 监控电路，p h y 互联电路模块，串口通信等模块。 文中还对p c b 设计过程中需要注意的高速信号走线和电磁干扰问题也进行了探讨。 软件部分主要包括a r m 主控器的程序设计，v 3 5 接口转换及n x 6 4 k 时钟发生器的 v h d l 设计，串口通信的软件设计等。论文的最后给出了实验测试结果，结果表明， 该系统能够很好实现e t h e m e t v 3 5 协议转换，具有稳定性高、成本低的特点。 关键词：v 3 5 接口；以太网；c p c i 总线；高级同步数据链路，直接数字合成技术 作者：范道威 指导教师：曲波 a b s t r a c t d e s i g no fe t h e m e t - v 3 5 p r o t o c a lc o n v e r t e rb a s e do i lc p c i d e s i g no f e t h e r n e t - - v 3 5p r o t o c a lc o n v e r t e rb a s e do n c p c i a b s t r a c t e t h e m e ti sak i l l do fc o m p u t e rn e t w o r k i n gt e c h n o l o g y , i ti st h em o s tw i d e l yl a n t e c h n o l o g y , w h i c hl a r g e l yr e p l a c e dt h eo t h e rl o c a la r e an e t w o r k v 35i n t e r f a c ei sah i g h - s p e e ds y n c h r o n o u sd a t ai n t e r f a c e ，i tu s e df o r6 0 10 8 k h z b a s e dg r o u pe k c u l t4 8 k b i t sd a t ar e m o t et r a n s m i s s i o no fm o d e me q u i p m e n t s t a n d a r d s s oi tw i d e l yu s e di nr o u t e r s ，d a t aa c q u i s i t i o ns y s t e ma n dm u l t i m e d i av i d e o t e r m i n a l f o re x a m p l e ，i ti su s e di nab a n kn e t w o r k , p o w e rs y s t e mc o m m u n i c a t i o n s ， r a i l w a y s a n do t h e rc o m m u n i c a t i o ns y s t e m sw h i c hr e q u i r e h i g hr e l i a b i l i t y o ft h e c o m r n u n i c a t i o na n dh i 曲一s e c u r i t yi n s t i t u t i o n s t h e r e f o r e ，t h ec o m p l e t i o no ft h et w od i f f e r e n tc o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c eh a st h e s i g n i f i c a n tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e ， f o rt r a d i t i o n a ln e t w o r ka n de t h e f i cn e t w o r k i n t e r c o n n e c t i o n ，a n dt h ee x p a n d i n go fl a n ，e t c t h em a i no b j e c t i v eo ft h i sp a p e ri st oc o m p l e t et h ei n t e r f a c ec o n v e r s i o nb e t w e e nt h e e t h e m e ta n dt h ev 3 5o nt h es t a n d a r dc p c ib o a r d s f r o mt h ef u n c t i o n a lp o i n t ，t h es u b j e c t s c a n b ed i v i d e di n t ot w op a r t s ：t h ef u n c t i o no fd a t ac o n v e r s i o na n dt h ef u n c t i o no fc p c i i n t e r f a c ec o m m u n i c a t i o n t h ed a t ac o n v e r s i o nr e a l i z e dt h em u t u a lc o n v e r s i o nb e t w e e n v 3 5i n t e r f a c ea n de t h e r n e ti n t e r f a c e ；v 3 5i n t e r f a c ed a t ac o n v e r s i o nb e t w e e nt h ed a t a ； c p c ii n t e r f a c ec o m m u n i c a t i o nf u n c t i o n sa r er e a l i z e dt h r o u g ht h ee t h e m e tc o n t r o l l e r r t l 8 1 3 9 c ，a n d u s ei tt ob u i l dac p c ic a r d t h ep a p e ri n t r o d u c e st h ee t h e m e t , t h ec o m m u n i c a t i o na n da p p l i c a t i o n so fv 3 5 i n t e r f a c e s ，t h ef e a t u r eo f c p c ib u sa n dt h ep r i n c i p l eo fe t h e m e t - v 3 5c o n v e r t e r i tf o c u s e s o nt h ed e s i g no fh a r d w a r ea n ds o f t w a r e ，t h eh a r d w a r ei n c l u d e se t b e r n e t - v 3 5c o n v e r t e r m o d u l e ，c p l di n t e r f a c ec o n v e r s i o na n dc l o c km o d u l e ，l e v e lt r a n s l a t i o nm o d u l e ，c p c i c a r dm o d u l e ，m c uc o n t r o lm o d u l e ，p h yi n t e r c o n n e c tm o d u l e ，s e r i a lc o m m u n i c a t i o n s m o d u l e ，a n ds oo n t h i sp a p e ra l s od i s c u s s e st h eh i g h - s p e e ds i g n a ll a y o u ta n de m i i np c b d e s i g np r o c e s s t h es o f t w a r ei n c l u d e st h ed e s i g no f a r mp r o c e s s o r , t h ec o n v e r t i o no f v 3 5 i n t e r f a c e ，t h ev h d ld e s i g nf o rn x 6 4 kc l o c kg e n e r a t o r , t h ed e s i g no fs e f i a lc o m m u n i c a t i o n 1 i d e s i g no f e t h e r n e t v 3 5 p r o t o e a lc o n v e r t e rb a s e do nc p c i a b s t r a c t f i n a l l y , t h ep a p e rg i v et h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s ，t h er e s u l t ss h o wt h a tt h es y s t e mc a nr e a l i z e t h ec o n v e r s i o nb e t w e e n e t h e m e ta n dv 3 5 ，w i t hh i g hs t a b i l i t ya n dl o wc o s t k e y w o r d s ：v 3 5i n t e r f a c e ，e t h e m e t ，c p c ib u s ，h d l c ，d d s i i i w r i t t e nb y ：f a nd a o w e i s u p e r v i s e db y ：q ub o 第一章绪论 1 1 选题背景 目录 1 2 以太网技术的发展 1 2 1 以太网技术的历史3 1 2 2 以太网技术的现状4 1 2 3 以太网的原理。5 1 3 v 3 5 通信接口简介及其应用 1 3 1v 3 5 通信接口简介6 1 3 2 接口电路和连接器7 1 3 3 接口互连9 1 3 4v 3 5 通信接口的应用1 0 1 4c p c i 接口总线规范 l l 1 4 1c p c i 简介。11 1 4 2c p c i 的特点1 2 1 5 本文的任务和解决的问题。 第二章e t h e r n e t - v 3 5 转换器原理。 2 1v 3 5 接口与h d l c 之间的关系 2 2h d l c 协议 1 3 1 4 1 4 1 4 2 2 1h d l c 数据帧结构简述1 4 2 3 以太网帧格式简述 2 4h d l c 协议对以太网包的封帧与解帧 第三章系统硬件设计 3 1 系统方案的选择 1 6 1 8 1 9 1 9 2 l 3 2e t h e r n e t - h d l c 转换电路设计 3 2 1r c 7 2 2 2 内部结构介绍2 l 3 2 2r c 7 2 2 2 与以太网p h y 芯片的接口设计2 3 3 2 3r c 7 2 2 2 与s d r a m 的接口设计2 5 3 2 4r c 7 2 2 2 与监控器的接口设计2 8 3 3h d l c 接口与v 3 5 接口的转换设计 3 4 v 3 5 接口电平转换电路。 3 5c p c ! 接口电路 2 9 3 2 3 5 1p c i 总线信号定义3 2 3 5 2c p c i 总线对p c i 的扩展3 5 3 5 3r t l 8 1 3 9 c 电路设计3 7 3 6 以太网收发器互连 3 7l a y o u t 注意点 3 9 3 7 1 高速电路设计的一些基本概念3 9 3 7 2 高速信号走线注意点。4 0 第四章系统软件设计 4 1 硬件描述语言v h d l 4 2 4 2 4 1 1 概述。4 2 4 1 2 基本结构及语法规范4 2 4 2v h d l 语言设计流程 4 3 开发工具。 4 4v 3 5 接口逻辑程序设计 4 5v 3 5 接口时钟发生器设计 4 4 4 4 4 7 4 5 1 数字频率合成器( d d s ) 的原理。4 7 4 5 2n x 6 4 k 时钟产生4 9 第五章监控器软件设计 5 1r s - 2 3 2 串行通信简介 5 1 1 串行通信5 0 5 1 2r s 2 3 2 串行通接口5 2 5 2r c 7 2 2 2 的网管接口 5 2 1 寄存器介绍5 3 5 2 2r c 7 2 2 2 命令帧格式5 4 5 3a r m 的程序设计 5 3 1 程序设计要求5 6 5 3 2 重要结构和函数5 7 5 3 3 监控程序流程图5 8 第六章实验与结论。 6 1 c p c i 网卡测试 6 1 1 测试环境6 0 6 1 2 硬件识别测试6 0 6 1 3c p c i 网卡通信测试6 2 6 2 e t h e r n e t - v 3 5 转换器测试6 ：i 6 2 1 测试环境6 3 6 2 2e t h e r n e t - v 3 5 通信测试“ 6 2 3 监控器测试。6 4 6 3 结论。 6 4 课题展望。 参考文献。 攻读硕士学位期间公开发表的论文 附录1r c 7 2 2 2 电路原理图 附录2r c 7 2 2 2 与i p l 0 1 a 接口电路图 附录3r t l s l 3 9 c 电路原理图。 附录4c p c i 接插件原理图。 附录5 以太网物理层对接原理图 附录6 转换器实物图 附录7c p l d 程序 致谢 6 4 6 5 6 6 6 9 7 0 。7 3 7 5 7 6 8 0 基于c p c i 的e t h e m e t v 3 5 协议转换器设计第一章绪论 1 1选题背景 第一章绪论 e t h e r n e t ( 以太网) 是一种计算机局域网组网技术】，该技术基于i e e e ( i n s t i t u t e o f e l e c t r i c a la n de l e c t r o n i ce n g i n e e r s ) 制定的i e e e8 0 2 3 标准，它规定了包括物理层 的连线、电信号和介质访问层协议的内容。以太网是当前应用最普遍的局域网技术。 它很大程度上取代了其他局域网标准，如令牌环、f d d i 和a r c n e t 。历经1 0 0 m 以 太网在上世纪末的飞速发展后，目前千兆以太网甚至1 0 g 以太网正在国际组织和领 导企业的推动下不断拓展应用范围。所以，就目前以及在可以预见的未来而言，以太 网是实际局域网组网标准。 v 3 5 接口就是一种较常用的高速同步数据接h 2 1 。v 3 5 接口原为d t e ( d a t a t e r m i n a le q u i p m e n t ，数字终端设备，比如电脑) 到宽带( 模拟) 调制解调器的接口 定义，后来由于其在应用上的局限被c c i t t ( i n t e r n a t i o n a lt e l e p h o n ea n dt e l e g r a p h c o n s u l t a t i v ec o m m i t t e e ) 删除。但是，v 3 5 并未因此而退出历史舞台【3 】，因为沿用v 3 5 接口电气特性的设备却仍在生产和使用。仍然活跃在用户接人设备、广域网接口、网 络互连等领域中。而现在被经常应用的是原标准接口部分的电路及电气特性标准。 由上面的介绍可知，以太网是局域网组网最普遍的技术，而v 3 5 接口广泛应用 于接入网的延伸，网络互联等。因此将两种技术结合，通过v 3 5 接口将多个远程的 以太网互联，可以扩展以太网的应用。e t h e m e t v 3 5 协议转换器，就是完成这种功能 的通信设备，其应用如图1 1 所示： 第一章绪论 基于c p c i 的e t h e m c t v 3 5 协议转换器设计 图1 1e t h e m e t v 3 5 协议转换器的应用 目前市场上面存在的产品，主要是外置的，类似于外置“猫”形状的设备，如图 1 2 所示： 市场。圭：街v 3 5 以太同设备转换嚣 麓 、 龟 7 图1 2 转换器的产品 上述产品存在的缺点是：与主机连接，需要多余的连接线，需要独立的电源， 而且需要外置设备，连接的稳定性能很差，作为通信设备，应用不方便，通信的可 靠性差等。 基于上述原因，本课题设计了一种基于c p c i ( c o m p a c tp e r i p h e r a lc o m p o n e n t i n t e r c o n n e c t ，简称c p c i ) 板卡形式的e t h e m e t v 3 5 协议转换器，该转换器安装在c p c i 机箱内，应用如图1 3 所示： 2 基于c p c i 的e t h e m e t - v 3 5 协议转换器设计 第一章绪论 图1 3e t h e m e t v 3 5 协议转换器的应用 由于c o m p a c tp c i 接口总线定义了更加坚固耐用的p c i 版本l 舢。在电气、逻辑 和软件方面，它与p c i 标准完全兼容。c o m p a c tp c i 接口卡安装在支架上，并使用 标准的e u r o c a r d 外型。基于c p c i 技术的设略，c p c i 具有更好的机械特性，同时， 采用e u r o c a r d 封装，系统中气流均匀，c o m p a c tp c i 连接器的电源和信号引线支持 热插拔规范，这对于容错系统是非常重要的。因此，基于c p c i 接口总线如此多优 点，可以很好弥补目前市场产品的缺陷。 1 2 以太网技术的发展 1 2 1以太网技术的历史 以太网的核心思想是使用共享的公共传输通道诤1 。夏威夷大学六十年代研制的 a l o h a 网络是第一个基于争用的网络，也是以太网的基础。1 9 7 3 年，位于加利福尼 亚的x e r o x 公司提出并实现了最初的以太网，网络的传输速度达到了2 9 4 m b i t s 。1 9 7 9 年，x e r o x 与d e c 以及i n t e l 公司联合起来，致力于以太网技术的标准化和商品化， 并促进该项技术在网络产品中的应用。在以太网的发展历史上，这三个公司被称为 d 联盟。 与d i x 联盟的成立同步，i e e e 开始了著名的8 0 2 计划，目标是为l a n 技术标 准化提供广泛的工业框架。8 0 2 计划被分为几个不同的工作组，每个工作组从事不同 的l a n 技术研究。i e e e 8 0 2 3 研究基于以太网技术的标准，而i e e e 8 0 2 4 和8 0 2 5 工 作组则分别研究令牌总线和令牌环技术i 6 1 。 1 9 8 3 年6 月，i e e e 标准委员会通过了第一个8 0 2 3 标准，这个技术基本上和d i x 3 第一章绪论基于c p c i 的e t h e m e t v 3 5 协议转换器设计 以太网标准使用相同的技术。之后随着以太网市场的扩大，这项基本标准中又加入了 一系列中继器规范，并且可以支持多种物理介质，比如适用于廉价桌面设备的细同轴 电缆以及用于建筑物之间的光纤等等。 最初的以太网都使用粗同轴缆或者细同轴缆构成物理总线型拓扑结构，但是这和 结构化布线采用的星型拓扑结构不兼容，所以s y n o p t i c sc o m m u n i c a t i o n s 公司开发了 在双绞线上传输1 0 m b i t s 以太网信号的技术。该技术迅速在办公自动化应用中获得成 功。i e e e 于1 9 9 0 年9 月通过了使用双绞线介质的以太网( 1 0 b a s e t ) 标准。 8 0 年代初d e c 公司开发了第一个透明网桥，虽然它的性能不高，价格较贵，但 是网桥的安装和使用非常容易。与当时用于网络互联的路由器相比，具有较好的性能 价格比，因此网桥成为了多个以太网互联的主流设备。1 9 8 7 年，i e e e 开始研究将不 同供应商的l a n 通过网桥连接在一起的工业标准，并于1 9 9 0 年推出了i e e e 8 0 2 1 d 标准。1 9 9 1 年，k a l p a n a 公司开始开发交换式的以太网网桥( 以太网交换机) ，它可以 使网桥的所有端口按照全容量工作。使用交换式网桥后，主机可以独享l a n 的带宽， 而不是和其它的设备竞争。这省去了c s 燃d 访问控制机制，实现了全双工以太网。 i e e e 8 0 2 3 于1 9 9 7 年增加了对全双工以太网的支持。 随着计算机性能和应用需求的增长，要求网络容量也同时增长。为了在网络骨干 上提供更高速的连接，g r a n dj u n c t i o n 公司从1 9 9 1 年开始开发一种新的高速以太网技 术。这种技术的基本特征，包括帧格式，访问控制方法等，都与以往的以太网技术相 同，但是传输速率达到了1 0 0 m b s 。这也是d i x 标准提出1 5 年后，以太网速率的第 一次提升。i e e e 8 0 2 3 于1 9 9 5 年将快速以太网技术标准化。 1 9 9 8 年，i e e e 8 0 2 3 通过支持千兆以太网的标准。2 0 0 2 年6 月，i e e e8 0 2 3 通过 了支持1 0 g b i t s 速率的1 0 g 以太网( i e e e 8 0 2 3 a e 2 0 0 2 ) ，从而可以完全满足城域网骨 干线路上的传输带宽要求。 1 - 2 2 以太网技术的现状 以太网技术以其简单、良好的经济性、互通性和易用性等优势得到了普遍应用， 获得长足的发展。短短十几年，从1 0 m 到1 0 g ，以太网技术的发展已经完成了数个 量级的飞跃，4 0 g b i t s 以太网技术也趋于完善。并且以太网技术的发展并不仅限于速 率的提高，在几乎所有方面，以太网技术都在进行着不断的改进。大功率光收发器的 4 基于c p c i 的e t h e m e t - v 3 5 协议转换器设计第一章绪论 使用，显著地扩展了以太网的单跳传输距离，从原来的5 公里增加到了几十公里，甚 至1 0 0 公里以上。 为了支持互联网上日益普遍的实时业务，i e e e 8 0 2 1 d 在以太网协议的帧格式中 增加了优先级字段，可以为不同优先级的业务流提供分级的服务质量【7 l 。 i e e e 8 0 2 1 q 协议在以太网中增加了对v l a n ( 虚拟局域网) 的支持，可以在以太网 上提供网络分段，访问控制等附加功能。 g m r f ( g a r fm u l t i c a s tr e g i s t r a t i o np r o t o c 0 1 ) ，i g m p 侦听( t h ei n t e m e tg r o u p m a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) 等协议使以太网技术具备了支持组播通信的能力。 多生成树算法( m u l t i p l es p a n n i n gt r e ep r o t o c o l ，m s t p ) 使得同一个以太网上可以 同时运行多个生成树算法进程，每个生成树算法进程采用不同的拓扑，不同的v l a n 可以被分配到不同的生成树拓扑上去。m s t p 算法和v l a n 技术相配合，显著地提 高了以太网适应复杂网络拓扑的能力以及网络资源的利用效率。 广播压制技术( b r o a d c a s tt h r e s h o l d ) 可以限制链路上传输的广播信息不超过一个 预设的门限值，防止网络上主机发出的广播信息过度的占用网络的传输资源，形成广 播风暴。广播压制技术和v l a n 、组播技术结合使用，可以提高网络的运行效率，在 网络上支持更多的主机。 随着以上方面的改进，以太网的应用环境也不再局限于局域网络，而是不断向城 域的宽带接入网络和传输骨干网络扩张，逐渐成为一种极具竞争力的城域和广域组网 技术。城域以太网论坛( m e t r o e t h e m e tf o r u m ，m e f ) 是推动以太网向城域扩张的主要 组织。 1 _ 2 3 以太网的原理 无论何种e t h e m e t ，其m a c 层均采用争用型的介质访问控制协议，即 c s m a c d ( c a r r i e rs e n s em u l t i p l ea c c e s s c o l l i s i o nd e t e c t ) i s 。c s m a c d 即载波监听多 路访问冲突检测方法是一种争用型的介质访问控制协议。它起源于美国夏威夷大学 开发的a l o h a 网络所采用的争用型协议，并进行了改进，使之具有比a l o h a 协议 更高的介质利用效率。 以太网的帧发送过程即是前面所说的c s m a c d 过程，细节如下： 发送信息帧时，首先要监听总线，以确定介质上是否有其它站点下在发送信 5 第一章绪论基于c p c i 的e t h e m e t - v 3 5 协议转换器设计 息。如果介质上是空闲的，则可以发送；如果介质上是忙碌的，则要继续监听，一直 等到介质空闲时才可以发送。 在发送信息帧时，还要继续监听总线。一旦监听到冲突发生，便立即停止发 送，并向总线发出一串阻塞信号来加强冲突，以便通知总线上各个站点已发生冲突。 这样通道不致继续传送已损坏的数据帧。 冲突发生后，随机延时一个时间段，再去争用总线。 通常采用的延迟算法是二进制指数退避算法，算法过程如下： 1 对于每个帧，当第一次冲突发生后，设置参数l = 2 。 2 退避时间间隔取1 到l 个时间片中的一个随机数。1 个时间片等于2 a ，a 为 信息从始端到末端所需时间。 3 每当帧重复发生一次冲突，则将参量l 加倍。 4 设置一个最大重传次数，如果超过这个值，则不再重传，并报告出错信息 1 3v 3 5 通信接口简介及其应用 1 3 1v 3 5 通信接口简介 接1 3 是d t e 与d c e ( d a t ac o m m u n i c a t i o n se q u i p m e n t ) 之间的界面f 9 】，为了使不 同厂家的产品能够互换或互连，d t e 与d c e 在插接方式、引线分配、电气特性及应 答关系上均应符合统一的标准和规范，这一套标准规范就是d t e d c e 的接口标准( 或 称接口协议) 。 这里所谈及的v 3 5 接口，都是一个物理层接口。 v 3 5 接口原为d t e 至u 宽带( 模拟) 同步调制解调器的接口定义1 0 1 ，以速率4 8 1 6 8 k b p s 操作。接1 2 1 所用的信号线除掉了不支持辅助信道或测试线外，与 e i a 2 3 2 d v 2 4 相同。在众多的标准接口中，v 3 5 以其混合型接口电路的特点被广泛 使用。电信号是非平衡( v 2 8 ) 与平衡( r s 4 2 2 a v 1 1 ) 的混合l 1 。非平衡用于控制 信号，因其变化较少，速率低。而对于速率较高、易受干扰的数据、时钟电路采用了 平衡模式。 在平衡模式中，为每个信号传播设定了两条线路，一条线路上的信号是另一条线 路上信号的互补值f 1 2 】。接收方并不监听其中任何一个实际的信号，而是检测两个信号 6 基于c p c i 的e t h e m e t - v 3 5 协议转换器设计 第一章绪论 之间的差值。当互补的信号到达接收方时，它们被输入一个减法器( 差值放大器) 中。 从图1 4 所示过程不难看出，这种特性有助于消除噪声的影响并使得高速的平衡模式 传输成为可能。在v 3 5 d 0 ，采用平衡模式的信号速率可高达数兆，较常应用的接口速 率为n 6 4 k b i t s f n = 1 3 2 ) 。 一k l 一 ，r 厂l 川r 一r 7 毛信号与嘹声b 两个信号栩减，滇跨嗓声 图1 4 采用平衡模式消除噪声 在不平衡模式中，为信号的传播只设定了一条线路，所有信号都要通过共用的地 线完成一次流程。因此，地线容易引起干扰而影响信号质量，这就限制了以不平衡模 式传播的信号的速率( 一般不超过2 0 k b i t s ) 以及线路的长度。因此，在v 3 5 中仅低速 控制信号采用不平衡模式。 然而，在有些应用中，只用发送数据线与接收数据线( 时钟) 。因为所有这些线 采用差分平衡信号，适用于长电缆。完整v 3 5 接口用3 4 针连接器，但在那些只用数 据与相关时钟信号的应用中，通常采用较少针的连接器。 1 3 2 接口电路和连接器 在实际应用中，v 3 5 接口常采用两种连接器，第一种是i s 0 2 5 9 3 规定的3 4 芯高速 数据连接器。第二种是采用2 5 芯的d b 2 5 连接器。v 3 5 接口电路的序号、功能，与3 4 芯连接器以及2 5 芯连接器的对应关系如下表1 1 所示： 表1 1 连接器引脚定义 7 第一章绪论基于c p c i 的e t h e m e t - v 3 5 协议转换器设计 a1 1 0 1 p g n d保护地 b71 0 2s g n d信号地 p2 1 0 3 ( a )t d ( a )d t e 发送数据 d t e - - d c e s1 4 1 0 3 ( b )t d ( b ) r 3 1 0 4 ( a )r d ( a )d t e 接收数据d c e - - d t e t1 6 1 0 4 ( b )r d ( b ) c41 0 5r t sd t e 请求发送d t e - - d c e d51 0 6c t sd c e 允许发送d c e d t e e61 0 7d s rd c e 准备好d c e - d t e h2 01 0 8d t r d t e 准备好 d t e - - ) d c e f8 1 0 9 d c d接收线路信号检测器d c e - - d t e u2 4 1 1 3 ( a )s c t e ( a )d t e 源发送码元定时 d t e - - d c e w1l 1 1 3 ( b )s c t e ( b ) y1 51 1 4 ( a )s c t ( a )d c e 源发送码元定时d c e - - d t e a a1 2 1 1 4 ( b )s c t ( b ) v1 7 1 1 5 ( a )s c r ( a )d c e 源接收码元定时d c e - - d t e x9 1 1 5 ( b )s c r ( b ) k2 21 2 5r i呼叫指示器d c e - - d t e 其对应的连接图，如图1 5 和图1 6 所示： 信号接她b 允许发送d 载频稔测f 振铃指示j 来分配l - 来分配n 接收数据( a ) r 接收数据( b ) t 接收时钟( a ) v 接收时钟( 1 3 ) x 来分配z 来分配b b 来分配d d 来分配i = f 来分配j j 束分配l l 来分配n n 图1 53 4 芯连接器 8 基于c p c i 的e t h e m e t - v 3 5 协议转换器设计 第一章绪论 发送数据( b ) 发送时钟( a ) 接收数锯( b ) 接收时钟( a ) 数据终端准备好 外辩发送时锋( a ) 图1 62 5 芯连接器 ( b ) 1 。3 3 接口互连 数据和时钟信号的互连：在互连过程中，必须注意数据电路和定时电路的相位关 系。按照标准定时信号从“接通 到“断开”的状态跃变应对准数据电路信号码元的 中心，即定时信号a 端的下降沿( b 端的上升沿) 对准数据的中心。在电路设计时， 由于各厂家的芯片定义不同，要分清信号的a 端及b 端，确保正确的相位关系。1 1 3 和 1 1 4 弓1 脚在设备中一般为可选的( 外部时钟或内部时钟) ，应注意d t e 和d c e 的同步。 互连时，还须注意v 3 5 接口的每一个平衡线对上要跨接一个阻抗网络( 如图1 7 所示) ， 有些接口芯片内置了这部分电路。输出端接电压为0 5 5 v _ + 2 0 ，接口电缆采用平衡 双绞多线对型电缆。 图1 7y 型终端网络 控制信号的互连：接口电路中还有一些为满足通信规程的控制和测试需要而建立 的控制信号，在v 3 5 接口中它们采用了不平衡传输模式13 1 。其接口电路一般采用 9 第一章绪论基于c p c i 的e t h e m e t - v 3 5 协议转换器设计 r s 2 3 2 收发器( 与v 2 8 兼容) ，i t i - - t 建议v 2 4 中对其操作做了规范。实际应用中， 厂商往往把控制信号保持在接通状态，如1 0 6 、1 0 7 弓1 脚常接“1 ；或采用环回的方式， 如将1 0 5 和1 0 6 、1 0 7 弓1 脚短接。 1 3 4v 3 5 通信接口的应用 随着数据通信传输速率的提高，超过音频电路4 8 k b p s 的传输应用越来越广泛， 为了在模拟线路上解决这类问题，使得在6 0 k h z 1 0 8 k h z 基群电路上可以传输大于 4 8 k b p s 速率的数据，i t u t 制定了v 3 5 、v 3 6 和v 3 7 标准，实现了4 8 k b p s - 一1 4 4 k b p s 数据传输的宽带调制解调器。而v 3 5 是建议被看作数据速率在4 8 k b p s 和6 4 k b p s 之 间的宽带模拟调制解调器和d t e 之间的接口1 1 4 。 目前，随着宽带模拟调制解调器的应用的逐渐减少，v 3 5 又被常用于支持d t e 和新兴的数字传输设施不同类型数据服务单元( d s u ) 连接之间的接e l 。由此，在对最 初的v 3 5 建议进行多次修订后，它现在可支持的数据传输速率最高可达2 m b p s ，并 成为当前通信设备中流行的，用于连接远程的高速同步接口。 所以就目前应用而言，v 3 5 接口是一种以每秒6 4 k b i t 为最高传输速度的c c i t t 协定，而传送此协定的接口称之为v 3 5 接口，v 3 5 接口是同步的串行数据传输接口。 由于设计上面的优越性能，v 3 5 的接口相对于电信网络中的其他接口具有高可靠的连 接性，并且支持比异步串口更长的传送距离和更高的数据率，因而广泛运用在路由器， 数据采集系统，多媒体视频终端。例如在银行联网，电力系统通讯，铁路通讯系统等 对信息通讯要求高可靠性，高安全性的事业单位。目前，大多数的服务单元，如分组 交换机、路由器、远程网桥和网关都带有v 3 5 接口。 v 3 5 接口作为一种高速同步数据接口已被广泛应用于广域网接入，其典型应用， 如下图1 8 所示，本课题属于这种应用方式的一个方向。 1 0 基于c p c i 的e t i l e m e t v 3 5 协议转换器设计第一章绪论 d d n 数字数据网 ? 。光缆、数字微波、卫星信道 ? 。j 广域网 ，锄。 ，茹 路由器 图1 8v 3 5 通信接口的应用 1 4c p c i 接口总线规范 1 4 1 c p c i 简介 p c i ( p e r i p h e r a lc o m p o n e n ti n t e r c o n n e c t ) 总线l l5 1 ，即部件外围互连总线，是一种高 性能3 2 6 4 位地址数据复用，高速外围设备接口局部总线。它的传输速度很快，可以 达到1 3 2 m b s ；它具有良好的兼容性，可以插入任何p c i 系统并可靠的工作。 c o m p a c tp c i 简称c p c i ，中文又称紧凑型p c i t l 6 】，是国际工业计算机制造者联合 会( p i c m g ) 于1 9 9 4 提出来的一种总线接口标准。是以p c 工电气规范为标准的高性 能工业用总线。c p c i 的c p u 及外设同标准p c i 是相同的，从根本上说，它们是一致 的，因此操作系统、驱动和应用程序都感觉不到两者的区别，将一个标准p c