SDH净荷提取/定位处理芯片PM5313及其应用_通信网络论文
关键词：sdh pm5313 净荷
数字同步系列sdh作为新一代的传输体制和标准，经过一系列的完善、发展，迄今已形成了一个完整的全球统一的数字通信标准。相对于准同步系列pdh，sdh具有组网简单经济、互连方便、管理功能强大、兼容性好等优点。因此，sdh正逐步取代pdh。
sdh信号以帧的形式传输，其帧结构为二维矩阵，如图1所示。
sdh帧是由9行270×n列字节组成的。前9×n列为开销字节和指针字节，1～3行是再生段开销（rsoh），5～9行是复用段开销（msoh），第4行是au指针（auptr）。图中右半边，也就是从10×n列到270×n列为净荷（payload）区，其中包括了通道开销。n是sdh信号的速率等级，最基本的等级是stm-1信号，往上依次为stm-4、stm-16、stm-64等信号。pm5313是专门处理stm-4信号的芯片，其速率为622.08mbit/s。
1 622mbit/s sdh净荷提取/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)等多种信号，线路端提供串行和并行两种接口，串行速度为622.08mbit/s，并行速率为77.76mbit/s。
·提供完整的时钟、数据恢复和时钟综合，直接从接收到的信号中提取时钟。当外部时钟性能较好时，可将时钟恢复功能屏蔽，直接使用外部时钟源。
·完全终结sdh/sonet的再生开销、复用段开销和通道开销。提供三种信号通道：12个sts-1信号通道、4个sts-3/3c（stm-1/au3/au4）信号通道和一个独立的sts-12c(stm-4/au4-4c)信号通道。
·开销字节的引出和接入灵活方便，既可将全部开销字节从一个接口引出或接入，也可将每一类开销由特定的接口引出或接入；开销字节既可由芯片内部产生，也可由外部引脚接入。
·提供ds3映射口。
·采用线路端并行收发方式，可用于oc-48设备的前端连接。
·提供线路环回、系统环回、测试环回等多种信号环回模式，便于对芯片进行灵活配置和故障诊断。
图2 pm5313功能模块
提供ieee 1149.1标准jtag接口，用于边界扫描测试。提供6bit微处理器口，用于芯片的配置、控制和状态监控。
·采用3.3v cmos工艺，输入兼容ttl和pecl电平，输出为ttl电平。pecl电平兼容5v和3.3v。
1.2 pm5313的功能模块
pm5313的功能模块如图2所示。
整个模块可分为接收部分、发送部分、控制部分和系统端接口等四个主要部分。以下分别对每个部分做简要介绍。
1.2.1 接收和发送部分
接收部分由接收线路端接口rx line i/f、时钟及数据恢复模块crsi、接收端再生段开销处理模块rsop、接收端复用段开销处理模块rlop、接收端解复用模块rx_demux、接收端通道处理模块rpps组成。其中rpps包括了接收端高阶通道开销处理rpop、通道综迹字节缓存sptb、接收端telecombus定位校准模块rtal、drop bus伪随机序列发生和监测模块dpgm以及drop端ds3映射模块d3md。发送部分与接收部分相似，所不同的是发送端通道处理模块中有一个发送端指针解释tpip，同时，将解复用模块改为发送端复用模块tx_remux，将时钟恢复模块改为时钟综合模块cspi。
1.2.2 控制部分
控制部分主要由一个8位的微处理器接口组成。该接口兼容intel和motorola总线模式，14位寻址，内部寄存器存储资源丰富。
1.2.3 系统端接口
系统端接口由telecom bus总线串行ds3接口组成。其中，telecom bus总线接口分为drop bus和add bus。drop bus将接收到sdh信号的净荷输出，由时钟dck控制；add bus将外部提供的数据作为净何接入，由时钟ack控制。telecom bus总线提供两种方式：第一种方式输入输出为4路19.44mbit/s信号；第二种方式输入输出为1路77.76mbit/s信号。两种方式的选择可通过设置内部寄存器来实现。telecom bus总线还提供了一些辅助信号，包括净荷指示信号（dpl[4:1]、apl[4:1]、复合时序信号（dc1j1v1[4:1]、ac1j1v1[4:1]）、净何奇偶校验信号（ddp[4:1]、adp[4:1]）等，用以方便净荷数据的输入输出。
1.3 pm5313的工作时序
要想正确使用pm5313，必须了解它的工作时序。下面对它的比较重要的一些工作时序做简要的介绍。
1.3.1 段开销提取和接入的时序
段开销的提取和接入时序十分相似，现以接入时序为例说明开销接入时序。
图4 19.44mhz工作方式净荷提取时序
段开销接入时序如图3所示。其中，ttoh是20.736mhz的串行比特流，sdh帧信号中的再生段开销、复用段开销以及au指针都从此此脚接入；ttohen是段开销接入使能信号，当某一开销字节的最高比特输入时，若ttohen信号为高，则将输入字节接入sdh帧中，反之，则将芯片设公平的默认值接入sdh帧中。ttohclk是一个20.736mhz的时钟，在该时钟的上升沿对ttoh和ttohen引脚上的信号进行采样；ttohfp是帧头指示信号，它在ttohclk的下降沿更新，用来指示帧头，也就是第一个a1字节。这四个信号协同工作，共同完成段开销和au指针的接入。
1.3.2 净荷提取和接入时序
净荷的提取和接入主要在系统端telecom bus上进行，这里以净荷的提取为例进行说明。系统端有19.44mhz和77.76mhz两种工作方式。
1.3.2.1 19.44mhz工作方式
stm-1/au4净荷提取时序如图4所示。在此种工作方式下，输出是4路stm-1净荷。图中，dd[8(n-1)+7:8(n-1)](n=1,2,3,4)是4路速率为19.44mbit/s的stm-1净荷。dpl[n]为净荷指示信号，dpl[n]为高时表示输出的是vc-4净荷，否则为段开销和au指针。dc1j1v1[n]与dpl[n]共同指示stm识别符c1和高阶通道踪迹字节j1。dfp为帧头指示信号。ddp[n]为净荷奇偶校验。dck输出一个19.44mhz的时钟信号，dd[8(n-1)+7:8（n-1）]、dpl[n]、dc1j1v1[n]都在dck的上升沿更新。上述信号协同工作，配合起来完成净荷的提取工作。
1.3.2.2 77.76mhz工作方式
此种方式各信号引脚与前一种工作方式基本相同。不同之处在于净荷只从dd[7:0]输出，相应的各种标志信号为dpl、dc1j1v1、ddp等，如图5所示。
图5 77.76mhz工作方式净荷提取时序
2 pm5313的应用
pm5313功能强大，可用于sdh/sonet分插复用设备、终端复用设备、交叉连接设备、sdh/sonet测试设备以及交换机、hub、路由器等多种设备。下面通过一个自行设计的实际的净荷处理系统接口来说明pm5313的应用。
净荷处理系统接口框图如图6所示。图中，光模块采用武汉光通信公司的rtxm-622光收发模块。它不仅能接收622mbit的sdh光信号并进行光电转换，使其变为电信号，输入到pm5313的串行输入到rxd+/-；同时还能把从pm5313串行输出端txd+/-输出的电信号转变成光信号输出。此外，它还可从接收光信号的功率进行检测，若接收功率低于阈值功率，则给出光发送失效告警信号。
经过光电变换的stm-4信号进入pm5313的接收通道，再经过时钟和数据恢复、串/并转换、帧定位、bip-8计算比较、解扰码后，进入段开销处理模块。段开觥信号由rtoh引脚提取，送入xilinx公司的fpga芯片xc2s50中，经过通道开销处理、指针解释及调整、净荷定位等处理后，根据预先设备好的工作方式，净荷信号以stm-4净荷的形式由drop总线引脚dd[7:0]输出，或者以4路stm-1净荷的形式由引脚dd[7:0]、dd[15:8]、dd[23:16]、dd[31:24]分别输出。提取出的净荷信号送入净荷处理模块，经过处理后的净荷信号也以相对应的形式由add总线的引脚ad[7:0]或ad[31:0]送回pm5313的发送通道。pm5313对净荷信号进行定位后送入通道开销处理模块，插入通道开销，进入段开销接入模块。根据净荷处理系统的要求，段开销的接入有两种方式：a1、a2、d1～d3、e1、e2、f1等字节应实现透明传输，因此fpga应对这部分字节进行缓存，在发送端由ttoh引脚将存储的开销接入；与净荷有关的开销字节如b1、b2、h1、h2等，则应由pm5313根据处理后的净荷重新计算后直接接入，而不通过ttoh引脚接入。这两种接入方式是通过对ttohen信号的控制实现的，具体方法是使ttohen引脚的某些段开销字节时为低电平。开销接入完成后，再经过扰码处理、并/串转换处理等，由pm5313的串行数据输出端口txd+/-输出到光收发模块，经过电光变换，恢复为光信号后继续在sdh网上传输。
整个系统由单片机统一控制。本系统中单片机采用89c52，主要完成对pm5313的初始化配置，同时通过对pm5313的中断请求信号引脚intb的监控，及时对失光告警、失帧告警及线路告警等异常工作状态作出响应，以保证系统的正确工作。另外，该单片机还受净荷处理系统中的主机控制，通过串口与主机通信，以便主机查询并向主机报告重大异常，使净荷处理主系统作出适当处理。
图6 净荷处理系统接口框图
系统的硬件设计应注意如下一些问题：
·芯片内部同时存在数字和模拟电路，设计pcb时应将模拟电源和数字电源分开以减少两者之间的干扰。
·电源去耦应严格参照芯片说明。
·高速信号接口rxd+/-、txd+/-速率为622.08mbit/s，应考虑微带传输线，并且需要端接匹配负载。
通过对该stm-4净荷处理系统接口电路的设计和调试可以看到，pm5313可以对stm-4信号进行时钟数据恢复、开销处理、净荷提取和接入等多种处理，工作方式多样，开销和净荷的提取和接入方便灵活，外围电路简单实用，易于控制和改进，能够很好地完成预期功能。