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武汉理工大学硕士学位论文 中文摘要 在信息社会的今天，各种信息的传播和交流变得越来越频繁。由此，社会对 通信网络的服务的需求也不断的增加。于是乎接入网的就成了制约整体网络发展 的一个瓶颈。基于以太网的无源光网络( e p o n ) 技术的发展成为国际上接入网最 新的发展趋势，也成为当前宽带接入网的研究热点。 e p o n 国际标准i e e e 8 0 2 3 a l l 自2 0 0 4 年颁布以后随着接入网络的市场的 发展得到了大规模商用据r h k 公司的相关数据统计，从2 0 0 7 年第l 季度开始， e p o n 在各种接入网技术所占的市场份额正在快速增长并一直处于领先的地位。 特别在2 0 0 8 年，中国几家运营商挑选e p o n 作为光进铜退的解决方案后，进一 步的巩固确立e p o n 在光纤接入市场的统治地位。同时由于随着视频等新业务 的日新月异的发展，用户对带宽的需求也在不断增加。e p o n 技术要满足用户的 更多的需求也在不断发展。本文对e p o n 技术的最新发展情况进行了介绍和分 析说明了e p o n 技术在今后的发展趋势和主导地位。 本文是基于一款e p o n 设备产品的研发，主要是深入研究了e p o n 网络系 统中的o l t 设备部分的硬件系统设计和相关的驱动开发。并以此展开研究了相 关的一些网络技术和嵌入式开发技术应用。相关设计到v x w o r k s 实时操作系统， 相关设备的驱动与b s p 开发，以及一些基本的网络交换协议部分的研究。 本文核心部分主要通过开发过程通过对系统的展示和讲解，相关开发环境的 介绍及其部分驱动部分的研究来阐明整个系统的开发过程及其相关成果的展示。 同时本文也通过相关理论知识的介绍和来阐述整个e p o n 的技术特点和相关的 发展趋势和背景知识。 关键字：e p o n ，b s p ，v x w o r k s ，实时操作系统 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h ei n f o r m a t i o ns o c i e t y ，t h e s p r e a do fa l lk i n d so fi n f o r m a t i o na n d c o m m u n i c a t i o nb e c o m e sm o r ea n dm o r ef r e q u e n t t h u s ，s o c i a lt oc o m m u n i c a t i o n n e t w o r ks e r v i c ed e m a n di s c o n s t a n t l yi n c r e a s i n g t h u sa c c e s sn e t w o r kb e c a m e r e s t r i c t e dt h ew h o l en e t w o r kd e v e l o p m e n to fab o t t l e n e c k b a s e do ne t h e r n e tp a s s i v e o p t i c a ln e t w o r kt e c h n o l o g yd e v e l o p m e n tb e c o m e st h ei n t e r n a t i o n a ld e v e l o p m e n tt r e n d o ft h el a t e s ta c c e s sn e t w o r k , a l s ob e c o m et h er e s e a r c hf o c u so ft h eb r o a d b a n da c c e s s e p o ni n t e m a t i o n a ls t a n d a r di e e e 8 0 2 3a hs i n c e2 0 0 4a f t e ri s s u e d a s b r o a d b a n da c c e s st h ed e v e l o p m e n to ft h em a r k e tg o tl a r g e s c a l eb u s i n e s s a c c o r d i n g t ot h es t a t i s t i c a ld a t ar h k f r o mt h ef i r s tq u a r t e ro f2 0 0 7lb e g a n e p o ni na l ls o r t s o fp i p i n gp i c ku pp e r s o na c c o u n t sf o rt h et e c h n o l o g ym a r k e ts h a r e r a p i dg r o w t ha n d h a sb e e ni na b s o l u t el e a d i n gs t a t u s e s p e c i a l l yi n2 0 0 8 ，d o m e s t i co p e r a t o r se p o n c h o i c ea sl i g h ti n t oc o p p e rb a c ks o l u t i o n f u r t h e re s t a b l i s h e de p o ni nf i b e ra c c e s s m a r k e td o m i n a n c e a l o n gw i t ht h ev i d e oa n dt h ed e v e l o p m e n to fn e wb u s i n e s s 耶1 e u s e rt h ed e m a n df o rb a n d w i d t hi sa l s og r o w i n g e p o nt e c h n o l o g yw i l lc o n t i n u et o m e e tt h en e e d so ft h eu s e r sa l ec o n s t a n t l yd e v e l o p m e n t t m sp a p e re p o nt h el a t e s t d e v e l o p m e n to ft h et e c h n o l o g yi si n t r o d u c e da n da n a l y z e d t h a ti nt h en e x tf t y x e p o nt e c h n o l o g yd e v e l o p m e n tt r e n da n dt h el e a d i n gp o s i t i o n t m sp a p e ri sb a s e do nae p o ne q u i p m e n tp r o d u c td e v e l o p m e n t , m a i ni sad e e p r e s e a r c hn e t w o r ks y s t e mo fe p o no l te q u i p m e n tp a r t so ft h eh a r d w a r es y s t e m d e s i g na n dr e l e v a n td r i v e rd e v e l o p m e n t 眦o nt h er e l a t e dr e s e a r c h e so ns o m eo f t h e n e t w o r kt e c h n o l o g ya n de m b e d d e dd e v e l o p i n gt e c h n o l o g ya p p l i c a t i o n r e l a t e dd e s i g n t ov x w o r k sr e a l t i m e o p e r a t i n gs y s t e m ，r e l e v a n te q u i p m e n td r i v e ra n db s p d e v e l o p m e n t ，a n ds o m eo f t h eb a s i cn e t w o r ke x c h a n g ea g r e e m e n tp a r to ft h er e s e a r c h t 1 1 i sp a p e rm a i n l yt h r o u g hac e n t r a lp a r to ft h ed e v e l o p m e n tp r o c e s so ft h e s y s t e mt h r o u g hs h o wa n de x p l a i nt h ed e v e l o p m e n te n v i r o n m e n ti si n t r o d u c e da n di t s r e l a t e dp a r to fr e s e a r c ht oc l a r i f yt h ed r i v e ro ft h ew h o l es y s t e md e v e l o p m e n tp r o c e s s a n di t sr e l a t e dr e s u l t ss h o w t h ep a p e ra l s o t h r o u g h t h er e l e v a n tt h e o r e t i c a l k n o w l e d g ei n t r o d u c t i o na n dt ot h et e c h n i c a lc h a r a c t e r i s t i c so f t h i se p o na n dr e l a t e d d e v e l o p m e n tt e n d e n c ya n dt h eb a c k g r o u n dk n o w l e d g e k e yw o r d s ：e p o n ，d r i v e r ，b s p ，v x w o r k s ，r t o s 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 引言 第一章绪论 最近十几年，随着通信骨干网技术发展，人们对数据、视频等通信等宽带业 务的高速和高质量的要求需求越来越强烈。w d m 、d w d m 等技术的发展和应用， 将骨干网的带宽提高到t b p s 级。高速以太网技术使得局域网的用户容量大大的 得到提升，数量级达到1 0 g b p s 级【l 】。同时，但是由于接入网的接入速率依旧停 留在m b p s 数量级，导致了作为骨干网和用户之间桥梁的接入网技术成为制约整 个网络的性能“瓶颈 ，这就是被称为称作“最后一公里”问题。于是接入技术 的网络化、数字化、宽带化、智能化不仅能解决当前网络通信速度瓶颈的矛盾， 同时也可以解决当前提高网络利用率低的问题【2 】。当前广泛应用的宽带接入网解 决方案有d s l 网络和c m 网络。虽然c m 网络和d s l 网络技术比传统铜线接入 5 6 k b 的网络带宽有很大的提高，但是，仍然满足不了i p 电话和和视频点播v o d 以及交互式电视会议等高速超大数据量业务对网络的数据量的要求，同时由于自 身网络也存在着明显的局限性，也制约着接入网技术的发展【3 j 。 光纤具有容量大，低损耗和抗干扰性强等特点，这些特点完全能够胜任高速 宽带的传输要求，是目前最理想的接入网传输的介质。利用无源器件构造的无源 光网络，具有不占用有源节点，运行维护成本低，结构简单等特点吸引了人们的 目光。利用以太网的优势，e p o n 成为接入网技术的热门发展方向，其协议i e e e 8 0 2 3 a h 即将成为i e e e8 0 2 3 协议中的又一重要成员1 3 9 1 。目前，一些大型的运营 商和设备供应商如c i s c o 、n o t e l 、a l c a t e l 、b r o a d c o m 等公司看好e p o n 的巨大 优势，并积极参与e p o n 标准化工作以及设备的研制【删。e p o n 技术正向着技术 完善的新一代接入网的目标迈进1 4 j 。 1 2 无源光网络p o n 1 2 1p o n 的基本类型和特点 p o n 指的是无源光纤网络技术。它与相对应的有源光接入技术相比较的话， p o n 网络技术的技术优点在于它去掉了接入网的局端与用户端之间的有源设 备。有缘设备的消失使得整个网络的设备更加容易维护，并且还具有可靠性高、 成本低，节约光纤等特点。因此无源光纤网络技术成为将来删的最主要解决 方案。同时由于随着p o n 成本的降低，不但在f t t b f t t c 场合p o n 技术有了 武汉理工大学硕士学位论文 的应用市场，而且利用p o n 来实现f 1 1 h 在发达国家也取得了巨大的进展。世 界上目前的p o n 技术有许多种，但是相对成熟和完善并且得到相应巨大发展的 p o n 技术主要有三种：( 1 ) a p o n ；( 2 ) e p o n ；( 3 ) g p o n 。这三种p o n 技术主要差异性体现在他们采用了不同的二层技术。 表1 1b p o n 、g p o n 和e p o n 的技术参数 2 无源光网络的基本结构 无源光网络( p o n ) 基本上是由三部分组成的：光分配网络( o d n ) ，光线路 终端( o l t ) ，光网络单元( o n u ) 1 2 。 “ei 。了：- 7 ；- _ 菇：譬誓：j 一；0 ：p ：誓：j 薯曩曩一rb ：； 。：i；2 ；：；j0 ；。jj 。：一i ： ：i i 。：o j ；i jj ； 图1 1 无源光网络参考配置图 1 2 2e p o n 相关技术和特点 e p o n 拥有高带宽，低成本等优点，这些优点都集成了p o n 网络技术的主 要优点，所以e p o n 技术成为骨干网接入技术的最优选择0 7 。e p o n 与目前的 以太网具有良好的兼容性，并且解决接入网速度远远低于骨干网的这一接入网瓶 颈问题，是作为最为理想一种接入网技术。同时随着e p o n 技术的不断完善和 2 b p o n 、g p o n 和e p o n 的技术参数 a p o ng p o ne p o n 下行线路速率( m b i t s ) 1 5 5 6 2 2 ，l2 4 4l2 4 4 2 4 8 8l2 5 0 上行线路速率( m b i t s ) 1 5 5 6 2 2l5 5 6 2 2 ，l2 4 4 24 8 8l2 5 0 线路编码 n r z n r z8 b 1 0 b 分路比 3 26 4 1 2 83 2 - 6 4 最大传输距离( h n ) 2 0 6 02 0 t d m 支持能力 t d mo v e r a t mt d mo v e ra t m 或t d mt d mo v e re t h e m e t o v e rp a c k e t 上行可用带宽( m b i t s )5 0 0 ( 在上行6 2 2 m b i t s 11 0 0 ( 在上行i 2 4 4 g b i t s 7 6 0 - 8 6 0 0 a m有有 有 下行数据加密搅动或a e s 办n 密a e s 力i 密没有定义 武汉理工大学硕士学位论文 成熟，e p o n 也日趋产品化。e p o n 是具有点到多点的广播特性的拓扑结构，下 行数据采用广播方式，下行帧分成许多固定时隙 1 8 1 。并且每个时隙都对应一个 特定o n u ：上行传输采用时分复用( t d m ) 的方式每一个o n u 的信息在固定的时 隙传送到光纤上组成帧。在e p o n 系统中突发接收模块是关键技术之- - 1 9 。 在一个e p o n 系统中。传输数据从o l t 到各个o n u 和从各个o n u 到o l t 有本质的不同。因此需采用不同的技术完成上下行数据的传输。一个典型的 e p o n 系统由o l t ，p o s ，o n u 组成。o l t 是位于e p o n 系统中的局端是提供 接入网至核心网的连接网络设备，同时也是主导者；o n u 处于e p o n 系统的用 户端【2 1 】。为用户提供业务接入( 语音、图像和数据等) ；p o s 是连接o l t 和o n u 的无源设备其功能是分发下行数据和集中上行数据 2 0 】。 1 2 3e p o n 系统中的o l t 概述 由上面的无源光网络的配置图中，我们可以看出，e p o n 的大体的一个配置 就是o l t + o d n + o n u 结构。o l t ( o p t i c a ll i n et e r m i n a l 光网络终端) 在e p o n 系统中是一个局端设备，它主要负责连接光纤干线和终端设备( 在e p o n 系统 中，这种终端设备一般为o n u ) 。 o l t 连接着网络骨干网和光终端设备，其实现了一下的功能： ( 1 ) 向光终端o n u 用广播的方式发送以太网数据； ( 2 ) 对o n u 发起测距过程，并记录测距信息； ( 3 ) 向o n u 分配带宽。 e p o n 中的o l t 是一个多业务提供平台，同时支持i p 业务和传统的t d m 业务。放置在城域网边缘或社区接入网出口，收敛接入业务并分别传递到i p 网。 1 3本章小结 本章主要介绍了e p o n 的发展的现状和e p o n 技术的发展趋势。后面介绍 了e p o n 技术的关键部分就是光纤通信的发展趋势和相关的技术的特点。这其 中对比介绍了三种无源光网络以以太网接入技术：a p o n ，e p o n ，g p o n 部分 的详细性能参数对比。并且详细的介绍了e p o n 技术的相关技术和主要技术特 点和e p o n 中o l t ( 光网络终端) 设备的功能和特点。 3 武汉理工大学硕士学位论文 第二章e p o n o l t 主卡系统硬件设计方案 o l t 主卡上的基本设计基本遵循e p o n 等数据通信设备的基本硬件架构， 即c p u + 交换芯片+ f p g a 的基本架构。这一章节，我们就具体详细的介绍下o l t 主卡上的硬件系统设计方案和一些设计细节。 2 1f p 6 5 0 8 - - o l t 主卡部系统整体方案 2 1 1f p 6 5 0 8 介绍 f p 6 5 0 8 - 4 p o n 是上海斐讯数据通信技术有限公司新研发的一款e p o no l t 配套板卡，f p 6 5 0 8 4 p o n 提供四路e p o n 端口( s c p c ) ，遵循i e e e 8 0 2 3 a l l 和 中华人民共和国通信行业标准( y d t1 4 7 5 2 0 0 6 ) f p 6 5 0 8 的1 u 盒式o l t 设备， 最多提供8 哥p o n 口，通过l ：3 2 的分光器最大支持2 5 6 个o n u ，可以广泛的 应用于运营商，电力，光电等配合公司的o n u 交换设备灵活组网。 f p 6 5 0 8 4 p o no l t 设备的主卡部分主要作为上联设备和下联p o n 的主交换 控制部分，整个主卡部分上联部分接口有4 个s f p 光口，4 个r j 4 5 的电口，下 联口部分连接2 个4 个光电模块的p o n 卡。 f p 6 5 0 8 是一款集成了l 2 l 3 交换功能的e p o n 系统中的o l t 设备。 图2 1 为a c 供电的f p 6 5 0 8 的设备外观图。 2 1 2f p 6 5 0 8 应用 图2 1f p 6 5 0 8 外观图 图2 2 为f p 6 5 0 8 的一个典型e p o n 系统应用，f p 6 5 0 8 位于运营商的中心 局，o n u 位于客户端。作为f t t x 解决方案，其特点有： f p 6 5 0 8 的每个上行可提供达l g b p s 的带宽，支持高速上网、i p t v 组播 点播等高带宽i p 数据业务的传送。 4 武汉理工大学硕士学位论文 f p 6 5 0 8 下行通过光分离器，系统支持2 5 6 个组播组( 可扩展至l k ) 。满配 支持5 1 2 个o n u ( 1 ：6 4 分光比) 。 在f p 6 5 0 8 和o n u 之间为无源光网络，使运营商极大减少光缆线路的投 资。 z 颏 e 0 池c o t e n t 、 ”甜、 语音 、中心硒 _ t 书嚣 ，f 秘麦缝警、 拨探 0 t g 1 ， 2 1 3 硬件组成 枷r 3 噌 j v u v ；喇阉缓溺豳豳 l 一! 堡! 竺一 图2 - 2f p 6 5 0 8 应用组网图 f p 6 5 0 8 设备包括以下组成部分： 1 个安装以下部件的机框 1 个c s m ( c o n t r o la n ds w i t c hm o d u l e ，主卡) 2 个e 4 p ( e p o n4 - p o f tm o d u l e ，p o n 卡) 2 个冗余保护的- 4 8 vd c 或1 个1 1 0 2 2 0 va c 的电源模块 6 个风扇 图2 - 3c s m 实物图示 5 武汉理工大学硕士学位论文 2 2o l t 主卡部分外部设备 2 2 1o l t 主卡主要芯片介绍 f p 6 5 0 8 部分的主要分为主要由c p d + 主交换芯片+ f p g a 整体结构构成。 1 c p u 部分采用的b c m 5 3 0 0 3 m i p s 3 2 架构的c p u 。 2 主交换芯片采用b c m 5 6 3 3 4 主交换芯片。 3 f p g a 采用的是c y c l o n e i ie p 2 c 5 f 2 5 6 c 8 。 主要介绍对这三大块芯片的主要进行介绍： ( 1 ) b c m 5 3 0 0 3 是一款高性能6 0 0 m h z7 4 k t mm i p s 3 2 架构的内核。它拥有 3 2 k4 通道的独立指令缓存，3 2 k4 通道独立的数据缓存和6 4 级转换后备缓冲器。 加强的中央处理器内存子系统结构增强了c p u 系统性能。c p u 采用最先进的技 术标准，低功耗，低漏电的6 5 n m 的制作工艺。 b c m 5 3 0 0 3 有一个网络加速引擎，b r o a d s y n ct mh d 和时间同步的硬件。 网络加速引擎实现了三层( l 2 l 3 l 4 ) 结构数据封装标准，通信质量( q o s ) 和 d m a 。整个硬件支持i e e e8 0 2 视频桥接标准和i e e e e l 5 8 8 标准。 b c m 5 3 0 0 3 集成了许多外围接口，包括千兆网的m a c 层标准接口， u s b 2 0 ，p c ie x p r e s s ，串行和并行的f l a s h ，d d r 接口，和音频视频t d m ( 时分 复用) 子系统。同事，许多通用i o 控制器总线也集成在这款c p u 当中，这其中 包括j t a g ，u a r t ，b s c ，m d i o ，g p i o 和s p i 串行控制总线。 b c m 5 3 0 0 3 的基本标准特性如下： 表2 1b c m 5 3 0 0 3 内部资源表 b c m 5 3 0 0 3 特性说明 3 2 k 指令缓存，3 2 k 的数据缓存，6 0 0 m h z 的c p u 主频。 在线的片上的r a m 提供低延时的读写操作性能。 高级的千兆m a c 接口 集成了数字定时引擎 提供m l i 瓜g m i i s g m i i 的接口 支持外部扩展千兆以太网交换芯片 支持外部扩展1 0 1 0 0 b 交换芯片 提供一个u s b 2 0 口 提供一个1 6 b i t 3 2 b i t 的d d r23 0 0 m h z 的接口 支持提供串行了并行的f l a s h 接口 提供两个p c ie x p r e s s 的接口，接口满足p c i e i 1 标准 提供u a r t b s c m d i o 、s p i j t a g 总线接口和1 6 个g p i o 接口。 1 8 sa u d i o t d mv o i c e 接口 2 3 t u r nx2 3 m m 。4 8 4 个p i n 脚的p b g a 封装 6 武汉理工大学硕士学位论文 b c m 5 3 0 0 3 的外围功能模块： 图2 - 4b c m 5 3 0 0 3 内部功能模块 ( 2 ) b c m 5 6 3 3 4 是一款为下一代城域网和企业级千兆接入设计的交换平台。 它内部将数据包处理引擎，数据包b u f f e r ，m a c ，地址管理单元和一个非阻塞交 换单元整合到一个6 5 r i m 的c m o s 的芯片设备当中。b c m 5 6 3 3 4 交换支持两层的 交换和三层的路由操作，访问控制列表和以太网协议的主要载体。同时它支持 i p v 4 i p v 6 通信协议服务。 b c m 5 6 3 3 4 芯片硬件部分提供以下丰富的接口资源和协议支持： 1 提供2 4 个g e 口( 兼容1 0 1 0 0 兆接口) ； 2 提供四组1 0g e b 2 5 g e b 1 0 g e b 1 2 g e b 1 3 g e bs t a c k i n gp o r t ； 3 集成了支持1 3 k b 的巨型帧的m a c ( i e e e8 0 2 - x - c o m p l i a n t ) ； 4 提供线速率为2 m b 的数据交换的内存； 5 硬件支持i p 广播业务； 6 集成了先进的支持处理v l a n 业务的c o n t e n t a w a r e 处理器； 7 提供先进的硬件保护机制； 8 支持i e e e 8 0 2 1 p 的数据包的q o s 。 9 支持v l a n 的重定位； l o 支持多中协议的交换功能； 1 1 低功耗的c m o s 的6 5 n m 级的内核等。 b c m 5 6 3 3 0 的功能模块结构如下图所示： 7 武汉理工大学硕士学位论文 1 0 2 5 i o 1 2 1 3 g b e 图2 - 5b c m 5 6 3 3 4 功能结构图 3 ) f p g a 芯片将在下一章节详细介绍。 2 3o l t 主卡硬件系统 通过上面的小节的大致介绍，我们了解到主卡部分的大体结构为 c p u + f p g a + 主交换芯片的总体结构。 数据链路部分，主卡部分对上联部分提供4 个s p f 光e 1 和四个电口数据接 口部分，下联链路部分，通过一对高速的连接器，对下联p o n 部分提供了1 2 个g e 口作为数据通信业务口。 其主卡部分的具体结构图如下图所示： 二至三丑 】亚三丑 图2 - 6 主卡结构设计图 8 武汉理工大学硕士学位论文 下面对主卡硬件部分的说明分别通过，电源设计部分，时钟设计部分，数据 链路部分和系统控制部分的设计进行详细的分析。 2 3 1o l t 主卡电源设计 整个主卡部分的外接电源供电电压时采用的+ 1 2 v ，1 2 6 a 的电源。主卡部分 器件供电电源需求主要有： ( 1 )3 3 v ( 2 ) 2 5 v ( 3 )1 8 v ( 4 )1 2 v 对于这些电源电压的启动顺序有特定的要求，这个要求是由于b c m 5 3 0 0 3 对电源供电时间有一定的顺序要求。 b c m 5 3 0 0 3 器件对c o r e 供电电源和i o 上电顺序有特殊的要求： ( 1 )b c m 5 3 0 0 3 设备的i o 供电电压为3 3 v ，2 5 v 和1 8 v 。这些i o 的供电 电压要首先起先供电，然后才是c p u 的c o r e 供电电压进行供电，并且对这种顺 序上电顺序有着严格的时间要求。在i o 电源电压在上电到至少1 v 的时候，c p u 的和电压才能进行供电。 ( 2 )在c o r e 供电电压在达到1 2 v 左右( 偏差5 左右) 时，b c m 5 3 0 0 3 的i o 的供电电压需要达到稳定值，即分别达到3 3 v ，2 5 v ，1 8 v 。 ( 3 )同时b c m 5 3 0 0 3 的c o r e 供电电压从0 达到额定的1 2 v 时候，必须要在 2 m s 毫秒内完成。 f i g u r e1 0 ：i 咖rs l l 啪s e q 驰n c i l l g 图2 7c p u 上电时序图 于是根据上面上电的要求，于是在主卡上我们采用的上电顺序是： 1 2 v - 3 3 v 1 2 v ，1 8 v ，2 5 v 。 9 武汉理工大学硕士学位论文 图2 - 8 电源架构图 主卡上采用的电源模块式新星电源的p n j l 6 1 2 s 电源模块 图2 - 9p n j l 6 - 1 2 s p n j l 6 1 2 s 电源模块特性：输入电压宽度1 0 v 1 4 v ( 直流) ；输入关断电源 电压阈值9 0 9 3 v ( 直流) 。 由于上电时序的要求，设计电源部分是 瓢 珊| l i a - 时：f i 1 肥f ，口矾”。口棚 鼾舡p l 打 1 爿 墅、 j 坚 j1 1 例0 f f 州 m - 3 。 侧饼州h 。“4 地 乙州卫_ + 2 5 v ； + 3 3 v - + 1 8 v 。此时的电源模块上的上电顺序满足。 2 3 2o l t 主卡时钟设计 主卡上的时钟主要分为有源时钟，和无源晶体时钟。下面主要介绍下有缘时 钟部分设计方案。 武汉理工大学硕士学位论文 图2 - 1 3时钟部分设计图 最初的时钟有有源时钟模块i c s 8 5 3 5 a g 3 l 产生四路差分时钟，其中3 路差 分时钟供给交换芯片b c m 5 6 3 3 4 的串行传输的p l l 供给时钟，b c m 5 6 3 3 4 的内 核工作参考时钟，及其h g 传输通道的传输参考时钟。第四路供给另一个 s y lo o e l 佗3 l 时钟模块产生另外一路2 5 m h z 时钟，并通过i d t 2 3 0 5 分为4 路 2 5 m h z 时钟，分别供给两路通过主卡上的两路低速连接器x p l 和x p 2 送到p o n 卡上，供两块p o n 卡使用，另一路2 5 m h z 时钟，供给b c m 5 4 6 4 小交换芯片使 用。另一路预留。 在另一个通过时钟模块中i c s 5 5 7 0 3 ，为主卡提供两路差分时钟，其中这两 个差分时钟分别供给c p u 的两路p c i e 接口p c i e 0 和p c i e l 参考时钟 p c i e _ r e f c l k p 2，p c i e _ r e f c l k n 2 和 p c i e _ r e f c l k p1 ， p c i er e f c l k n l ) 。 2 3 3o l t 主卡数据链路部分 在数据链路层上面，f p 6 5 0 8 主要实现的是上行链路连接着两个p o n 卡上的 8 个8 口，下行链路上面有四个光口和四个r j 4 5 的四个电口的连接。整个主卡 上的系统业务主要是通过主卡上的大交换芯片b c m 5 6 3 3 4 进行数据交换的。通 过上面的有关b c m 5 6 3 3 4 芯片的介绍，我们可以知道，大交换芯片提供2 4 个 g e 口。通过主卡上的高速连接器，我们将p o n 卡上的上联了8 个g e 口，下联 通过连接千兆p h y 芯片b c m 5 6 4 6 下联了四个g e 口。并且通过p h y 转换芯片， 转换成下联的四个s p f 的光口和四个r j 4 5 的电口。整个o l t 设备上主卡上的 数据流向图基本如下图所示： 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 图2 1 4c s m 卡上的数据链路示意图 系统硬件部分高速连接器上的8 个g e 口信号连接图 h 0 0t d n c o h 8 0t o no h e 0t o mc 2 h g ct o nc 8 s 亍b n 芒7 e st d nc 6 8 st d nc 5 g 暑t d nc 斗 暑一f 兰t ) c 基k tf 疰1 x 努 h 0 0t d pc o 纠0 0 丁d oc t h 3 0t o o0 2 h o ct o ；c 3 g s 话产毒7 g st d pc 6 。 c 1 ： a 2 a c c 2 ：a 3 2 一，c 2 c 3 ： 4 a 3一c3 c 4 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：2 = r o pc r 3 s ：一he s ：一，- 3 s 五一晰8 8 0 t 0 3 s o # ：0 e 越2 0 、 3 髓z - 错8 s ：f t 0 # 0 s 0 h6 皇2 ，1 0 k 图2 - 1 6 交换芯片上g e 的硬件设计 在g e 连接下联端，我们采用了一个b c m 5 6 4 6 的p h y 芯片的这个芯片作 为将g e 信号转换为铜质线的r j 4 5 的以太网接口和s f p 千兆网口接口。 b c m 5 4 6 4 芯片集成了( 1 ) 四个支持1 0 b a s e t 1 0 0 b a s e t x 1 0 0 0 b a s e t 的干兆的以太网转换器，( 2 ) 支持g m i i ，r g m i i ，s g m i i 和s e r d e sm a c 接口等， ( 3 ) 完全集成支持i e e e s 0 2 3 ，8 0 2 3 u 和8 0 2 3 a b 标准等，( 4 ) 1 - g b p s 的s e r d e s 的数据通道，兼容g m i i r g m i im a c 接口。 这个一下是b c m 5 6 4 6 的内部功能图： b c m 5 4 6 4l l l o c kd i a g r a m f 1 ：4 ) r e f e r st ot h e4s e p a m t eg i g a b i tt r a n s e e , e r si nt h eb c m 5 4 6 4 图2 1 7b c m 5 4 6 4 的内部功能模块 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 即上述数据链路中我们使用了四个s e r d e s 的数据通道。然后转换成为四个 g e 的t r a n s c e i v e r s 。 2 3 4o l t 主卡管理控制通道 f p 6 5 0 8 o l t 主卡上的芯片的管理通道主要由一下几个： 表2 2f p 6 5 0 8 上的管理接口 总线类型管理通道 s p i 总线 c p u 通过s p i 访问f p g a 内部状态 p c i e 总线c p u 与b c m 5 6 3 3 4 交换芯片通信 m d i p m d c 接口交换芯片b c m 5 6 3 3 4 与p h y 芯片 b c m 5 6 4 6 芯片通信 m d i p m d c 接口c p u 管理小交换芯片a c l 0 1 l m d i p m d c 接口c p u 管理b c m 5 4 6 1 芯片 4 d f ec p u 管理上联卡的四个p o n 的通