ATM交换芯片CUBIT05801的原理及应用

2006-05-07 15:50:10来源: 国外电子元器件

关键词:ATM信元  总线  ATM交换网络  CUBIT  05801

1 概述

目前,通信网正朝着宽带综合业务数字网(B-ISDN)的方向发展,而ATM作为B-ISDN的核心技术已成为通信领域研究的热点。以ATM为基础的高速信息网络的宽带化、智能化和个人化(BIP:Broadband Intelligence Personality)被认为是继70年代传输和交换数字之后的第二次革命。现在各国都积极地进行ATM网络试验,并逐步进入实用化。本文介绍美国TranSwitch公司生产的ATM交换芯片CUBIT 05801,该芯片集成度高,总线结构共享,端口带宽为155.520Mb/s,总线带宽可达1Gb/s,每个输入缓存器可存放4个信元,输出缓存可存放123个信元。

ATM交换芯征CUBIT 05801的主要特点如下:

●支持UTOPIA和ALI-25物理层信元界面;

●利用外部SRAM可完成输入信号的地址中换和路由器插入;

●输出信元可插入GFC;

●在最小丢失信元的条件下,支持ABR类型;

●通过公共的信元总线,能发送和接收控制信元;

●可利用外接计算机插入信元;

●每一芯片都含有总线促裁器和时序管理器;

●信元总线采用新型的GTL电平;

●采用208脚扁平塑封封装。

2 CUBIT 05801的工作原理

CUBIT 05801是一种能够实现ATM信元交换/复用的低功耗超大规模集成电路,其内部组成如图1所示。

2.1 信元输入侧

CUBIT的信元输入侧能够接收线路上传送的信元,并可兼容ATM论坛的UTOPIA和ALI-25接口。通过CUBIT翻译控制器(Translation Control),输入信元能够携带信元总线路由器和新的VPI/VCI值(路由器和VPI/VCI翻译表皆存入外部的SRAM中),在进入FIFO移位寄存器(可存4个信元)后,将由信元总线逻辑控制器传送到信元总线上,当FIFO移位寄存器中有信元待发时,将从信元输入侧发出一个总线信元使用申请信号,并等待从总线促裁/帧脉冲产生器发生的授权信号,当总线信元中的授权地址为本端口时,该CUBIT就在下一帧发送一个信元到信元总线上,此信元能够被一个或多个CUBIT接收,除数据信元(Data Cell)外,CUBIT经主控机也可发送控制信元(Control Cell)到信元总线上;还可从信元总线上将接收到的回环信元(Loop-back Cell)经总线直接反馈到发出此回环信元的CUBIT上。

2.2 信元输出侧

在CUBIT信元输出端,信元总线上的信元被信元地址筛选器(Cell Address Screen)辨别确认后,经信元总线逻辑控制器从总线上读入到123FIFO移位寄存器中。CUBIT可通过软件编程使工作在唯一地址传送、多播式广播方式。控制信元和回环信元从信元总线上读入后,分别被送至容量为4和1的输出移位寄存器中。123FIFO移位寄存器可以看作一个可存放123个信元的输出寄存器,也可以根据不同的业务类型分成四种不同的输出寄存器。即:输出控制队列(Outlet Control Queue)、CBR(Constant Bit Rate)队列、VBR(Variable Bit Rate)队列和ABR(Available Bit Rate)队列寄存器。在输出信元侧,还可插入GFC(Generic Flow Control)和FECN(Forward Explicit Congestion Notification)。

2.3 总线侧

总线侧含有32根公共数据和7根控制线,挂在总线下的CUBIT芯片通过这些线相互连接起来,信元总线采用GTL(Gunning Transceive Logic)逻辑电平,这是JEDEC(电子设备工程联合会)制定的新一代高速、低压逻辑体系标准。它的主要优点有:

(1)L收发器的输入/输出电容典型值为5pF,该电容可减小信号在总线上传输的延时和上升时间,从而提高总线的时钟速率。

(2)GTL电平信号摆幅小,驱动电流变化也相对较小,因而对电源的工作产生的瞬间波动也较小,所以对其它端口造成的干扰(称为同时切换噪声)比较小。

(3)采用GTL产品应注意保持信号上升沿的完整性,陡峭的上升沿有利于迅速建立信号来供输入端识别,而在下降沿则应放慢切换速度,以减少噪声。

2.4 微机接口侧

CUBIT05801留有专门的引脚和微机相连,主要用于完成以下功能:

(1)借助于微机对CUBIT芯片的控制寄存器进行初始化;

(2)对外部SRAM初始化;

(3)完成控制信元的插入和提到;

(4)实现通信信令对通信的控制。

3 典型应用

选用TranSwitch公司生产的CUBIT 05801交换芯片,可以构成共享总线型交换网络,不同芯片对应不同业务,以支持UTOPIA和ALI-25物理层信元界面。通过外部的SRAM可实现插入信元的地址变换和信元总线上路由器的插入。通过工控机可插入提取信元,并可在同一总线上实现数据信元和控制信元的接收与发送。由4片CUBIT 05801构成的4×4ATM交换网络如图2所示。

通过软件可设置使CUBIT支持UTOPIA和ALI-25物理层信元界面。逻辑控制采用EPLD芯片产生所需的各种逻辑控制信元以进行有效的逻辑控制,其中包括CUBIT芯片的地址、各种控制信号的地址、CUBIT到计算机接口的中断和等待信号等。

3.1 初始化程序

输入信元所要变换的VPI及路由标签皆存放在SRAM中,主控机利用CUBIT的控制寄存器15H~17H来对SRAM进行初始化。其中,15H存放SRAM的低8位地址,16H存放SRAM的高8位地址,17H是该地址所指明的将要存取的8位数据。在笔者所设计的4×4交换网络SRAM中,选择VPI翻译,用户网络接口不使用TRH,选择VPI的位数为8位,由主控机将协商好的VPI填入指定的VPI记录中。SRAM初始化子程序如下:

VPI-TRANS MACRO VPI_IN,VPI_OUT,CHIP_OFFSET_ADD,HEADER_LSB,HEADER_MSB

MOV DI CHIP_OFFSET_ADD

MOV BX 4*VPI_IN

MOV ES:[DI][15H],BL

MOV ES:[DI][16H],BH

MOV AL 11000000B

MOV ES:[FD][17H],AL

INC BX

MOV ES:[DI][15H],BL

MOV ES:[DI][16H],BH

MOV AL VPI-OUT

MOV ES:[DI][17H],AL

INC BX

MOV ES:[DI][15H],BL

MOV ES:[DI][16H],BH

MOV AL HEADER-MSB

MOV ES:[DI][17H]AL

INC BX

MOV ES:[DI]{15H},BL

MOV AL:[DI][16H],BH

MOV AL HEADER-LSB

MOV ES:[DI][17H,AL

ENDM

3.2 交换芯征初始化

要实现不同业务的正常交换,就必须对CUBIT交换芯征进行合理的初始化。其主要工作对其控制寄存器00H~12H赋初值,初始化程序流程图如图3所示。

其中00H~0H是芯片识别码,07H的Bit0是复位控制位,将该位设置为1可把丢弃信元计数器、错误路由计数器、信元的HEC错误计数器和输入信元的计数器清零。0AH的Bit7~6j CUBIT芯片内总线发出请求的优先级,0AH的Bit5是UNI/NNI模式选择,置1为UNI模式,反之为NNI模式,0AH的Bit4可指示TRH是否使用,置1为使用TRH。0BH的Bit3~0控制着CUBIY芯片的输入/输出时钟频率,使用该4位可使信元输入/输出侧的时钟频率为总线时钟(CBRC/CBWC)的(1/2)次幂。例如,若总线时钟频率为37MHz,Bit3~0o 0011,则输入/输出时钟频率=37MHz×(1/2) 3=4.625MHz。0CH的Bit7是CUBIT芯片在线/脱机状态选择,CUBIT芯片只是处于在线状态,才能完成正常的交换功能;处于脱机状态时,CUBIT芯片输入侧不接收信元,输出侧处于三态,这时可从总线上接收控制信元和回环信元。通过逻辑控制单元,主控机用软件将某个CUBIT芯片的208脚(ENARB)清零,即启动该CUBIT内促裁器/帧定位产生器,从而实现对整个信元总线的管理。

4 结束语

由ATM交换芯片CUBIT 05801组成的ATM交换网络具有体积小、稳定性好的特点,当总线时钟频率为32MHz时,总线信元吞吐率可达1Gb/s,信元输入输出侧容量可达155.520Mb/s。

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/network/200605/3134.html
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