SDH接口芯片PM5342及其应用

2006-05-07 15:49:54来源: 电子技术应用

光同步数字系列SDH(Synchronous Digital Hierarchy)是新一代的传输网体制。它有效地结合了高速大容易光纤传输技术和智能网络技术,不仅充分显现出光纤通信容量大、抗干扰能力强、保密性好、传输距离远等优点,而且突现出其复分接简单、管理信息丰富、组网方式灵活等技术优越性,自二十世纪90年代初出现以来得到了迅速发展。

PMC-Sierra公司的PM5342 SPECTRA-155是一款新型的SDH/SONET专用接口芯片,可用来实现STS-1(STM-0/AU3)及STM-1帧中的净荷提取及定位功能。该芯片具有较高的集成度,将定时提取模块、串/并转换模块、段开销处理模块及通道开销处理模块等集成到一起,功能非常强大。实践证明该芯片性能可靠、使用方便,是开发SDH产品的较优选择。

为便于理解PM5342的功能及内部结构,在此以STM-1为例对SDH的帧结构作一简单介绍。SDH采用的是以字节结构为基础的矩形块状帧结构,其结构安排如图1所示。

如图所示,STM-1的帧结构是9行×270列的块状帧结构。其中,RSOH为再生段开锁;SMOH为复用段中纵向前9列为管理单元指针;POH为通路开销。图中纵向前9列横向第1至第3行和长经5至第9行的72个字节全部分配给段开销。

本文将介绍PM5342的功能特性及其使用中应注意的问题,并给出一个PM5342在SDH净荷处理系统中的应用实例。

1 SDH/SONET净荷提取/定位芯片PM5342

1.1 PM5342的主要特性

·用于STS-1(STM-0/AU3)、STM-1/AU3(STS-3)及STM-1/AU4(STS-3c)信号的净荷提取/定位,根据工作模式的不同,分别提代速率为19.44Mb/s、38.44Mb/s或51.84Mb/s的系统端并行数据接口。

·终结STS-1及STM-1帧中的所有段开销以及高阶通道开销,根据工作模式的不同,提供速率为51.84Mb/s或155.52Mb/s的线路端串行数据接口;

·SDH每一帧中的全部段开销字节可通过一个串行输出端口提取/接入,其中的公务字节E1、E2,使用者通路F1,数据通信通路D1~D3、D4~D12以及自动保护护倒换通路K1、K2还有各自的串行提取/接入端口;

    ·提供灵活多样的开销接入方式,或者由芯片产生,或者插入芯片内部寄存器的值,或者通过引脚接入;

·内部集成有定时提取模块,可通过155.52Mb/s的串行接口直接与光收发模块连接;

·线路端有STS-1、STM-1/AU3及STM-1/AU4等多种工作模式,通过访问内部寄存器来设定;系统端也有字节Telecombus、半字节Telecombus及串行Telecombus等多种工作模式,通过专门的模式引脚来设定;

·把三路串行数据流(例如帧中继或以太网净荷等)独立映射入单路STS-1(STM-0/AU3)或STM-1/AU3净荷;

·支持线路环回和测试环回的工作模式,以便对芯片进行灵活的配置管理和故障诊断;

·提供一个通用的八位微处理器接口来完成5342的初始化配置、工作控制以及状态监测;

·采用集成CMOS工艺,+5V供电低功耗器件,输入兼容PECL和TTL电平,输出为TTL电平;

·256脚SBGA(Super Ball Grid Array)封装。

    1.2 PM5342内部结构

PM5342的内部结构如图2的慰,大体上可以为三部分:接收部分、发送部分及控制部分。接收部分主要包括:时钟恢复模块CRSI或CDR、接收端再生段开销处理模块RSOP(Rz Section O/H Processor)、接收端复用段开销处理模块RLOP(Rx Line O/H Processor)、接收端高阶通道开销处理模块RPOP(Rx Path O/H Processor)以及接收端Telecombus定位校准模块RTAL(Rx Telecom Ailgner)等;发送部分主要包括:发送端Telecombus定位校准模块TTAL(Tx Telecom Alignet)、发送端高阶通道开销处理模块TPOP(TxPath O/H Processor)、发送端复用段开销处理模块TLOP(Tx Line O/H Processor)、发送端再生段开销处理模块TSOP(Tx Section O/H Processor)以及时钟综合模块CSPI(Clock Synthesis)等;控制部分提供一个可兼容Intel和Motorola总线模式的8位微处理器接口,以便对内容寄存器进行访问。

相应的芯片对外部提供接收通道端口及发送通道端口。接收通道端口包括:串行155.52Mb/s数据接收端口RXD+/-,段开销取出端口RTOH、RSUC、RSOW、RLOW、RSLD、RLD等,高阶通道开销取出端口RPOH[3:1]以及净荷取出端口DD[7:0];发送通道端口包括:串行155.52Mb/s数据发送端口TXD+/-,段开销接口入端口TTOH、TSUC、TSOW、TLOW、TSLD、TLD等,高阶通道开销接入端口TPOH[3:1]以及净荷接入端口[7:0]。

1.3 工作时序

了解PM5342的工作时序是利用它进行正确设计的重要前提,现将其较为重要的工作时序作一简单介绍。

    1.3.1 段开销的提取与接入时序

以STM-1/AU4段开销的接入时序图为例进行介绍。

图3中TTOH引脚输入的信号是5.184Mb/s的串行比特流,由该引脚接入SDH帧中的再生段开销、AUPTR和复用段开销;由TTOHEN引脚输入的是段开销接入使能信号,如果在某一TTOH字节的最高位输入时TTOHEN为高,则将该字节的值接入发送通道相应SDH帧中的对应位置,否则将在该位置接入芯片默认值;TTOHCLK引脚输出的是5.184MHz的时钟信号,在该时钟脉冲的上升沿对TTOH和TTOHEN输入信号进行采样;TTOHFP引脚输出在TTOHCLK的下降沿刷新,指示帧头A1字节,以上四者协同作用完成段开销的接入。

1.3.2 净荷的提取/接入时序

以工作在字节Telecombus模式下STM-1/AU4净荷的提取为例进行介绍。

图4中DD[7:0]总线输出为19.44Mb/s的STM-1净荷;DPL输出为净荷指示信号,DPL为高时表示此时DD[7:0]输出为净荷VC4,否则为段开销或AUPTR;DC1J1V1输出与DPL信号协同同作用以标志STM识别符C1以及高阶通道踪迹字节J1;DCK输入为19.44MHz的时钟信号,DD[7:0]、DPL和DC1J1V1在DCK的上升沿刷新;DFP输入为帧头指示信号。以上诸信号协同作用完成STM-1/AU4净荷的提取。

1.4 中断特性

PM5342只有一个中断请求引脚INTB,但是它能反映芯片内部超过200个可屏蔽中断源的中断请求。PM5342的中断管理是一种层次式结构,INTB之下有顶层中断与底层中断,它们的状态都用相应内部寄存器中的相应位来反映。INTB之下的各顶层中断之间、某一顶层中断属下的底层中断之间都是“或”的关系。

    PM5342中断层次结构图如图5所示,位于中断层次图根据部的是中断源。通常中断源的状态用相关的内部寄存器中的某一比特位来反映,称为中断源状态位(“V”比特)。“V”比特实时地反映中断源的状态,没有相应的“V”比特的中断源会用其它方式报告自己的状态。每一个中断源在其相关的内部寄存器中都有相应的中断请求标志位(“I”比特)。当中断事件发生时,“I”比特被置位并锁定,直到中断被处理(即该“I”比特所在的内部寄存器被CPU读)后才清零。为了屏蔽无关中断请求,每一个中断请求标志位都有一相应的中断允许控制比特(“E”比特)。当“E”比特被置位时,相应的“I”比特才对INTB或高层中断有贡献;否则,该中断请求被屏蔽。

现以LOS告警引起的中断为例来作一具体说明:中断源LOS在内部寄存器中有一相应的中断源状态位LOSV实时反映该中断源的状态。当检测到LOS告警时,LOSV置位;当LOSV状态改变时,中断事件发生,LOSI被置位;如果此时LOSE已被置位,则LOSI对其高层中断RSOPI有贡献。如果此时ROSPE也已被置位,则芯片将通过INTB引脚发出中断请求;否则LOSI仍然反映LOSV的改变,但对INTB却没有贡献。

许多常用的中断一般都还有一个辅助中断(Auxiliary Interupts),即在另一内部寄存器中有第二个中断请求标志位(“I”比特)以及独立于主中断的中断允许控制位(“E”比特)。辅助中断的请求标志位直接对INTB有贡献,而且它的清除方式也不同于主中断,对其所有寄存器的读操作并不会把该标志位清零,而必须由CPU通过写操作清零。

2 PM5342使用中应注意的关键问题

·该芯片内部兼有模拟电路和数字电路两部分,为了减少两类电路间的干扰以保证芯片正常工作,在进行PCB设计时必须把模拟电源/地与数字电源/地分开;

·电源去耦对于高速电路设计极为关键,尤其是PM5342内部有着极为敏感的模拟电路。建议对每一模拟电源引脚单独去耦以避免噪声在各电源引脚间耦合,在适当的情况下可以采用简化的去耦方案。以下5组模拟电源引脚必须要独立去耦;

#1 TAVD2

#2 RAVD2

#3 TAVD1,3,4

#4 RAVD1,3

#5 QAVD1,2,3

·高速信号线RXD+/-和TXD+/-(155.52Mb/s)应当作微带传输线来考虑,并且必须要端接匹配负载。

    3 PM5342在SDH系统中的应用举例

笔者利用PM5342芯片自行设计了相关电路,实现STM-1净荷处理系统的接口功能。其系统框图如图6所示(虚线框内为笔者自行设计实现的部分)。

图中光收发模块采用的是武汉光通信公司的RTXM-155芯片,在接收方向上经RTXM-155完成光电变换,送出155.52Mb/s的电信号,进入PM5342的串行数据输入端口RXD+/-。该光收发模块还对光接收信号的功率进行检测,低于阈值功率时送出光发送失效告警信号。

经光电变换后的STM-1全帧信号进入PM5342的接收通道,经过时钟与数据恢复、串/并转折我、帧定位、BIP-8运算及比较、解扰码、段开销与通道开销处理、指针解释与调整以及通道净荷定位等处理功能后,STM-1净荷由总线DD[7:0]提取,送入净荷处理系统。经段开销处理模块时,STM-1的段开销信号由PM5342的RTOH引脚提取,送入XILINX公司的FPGA芯片XC2S50,根据净荷处理系统的要求,对TTOH作缓存以实现部分段开销的透明传,如D1~D3、E1、E2及F1等字节。另外,FPGA需对TTOHEN信号的时序特性作适当处理,使得在某些段开销(TTOH信号)字节的对应位TTOHEN为低,以保证这些字节的接入值由芯片自身来产生,而非由TTOH引脚接入,如A1、A2、B1、B2等字节。处理之后的净荷由总线AD[7:0]进入PM5342的发送通道,先进行净荷定位,再进入开销处理模块,此时FPGA送出的段开销经PM5342的TTOH脚接入,之后进行扰码处理、作BIP-8运算、并/串转换及时钟综合,最终由PM5342的串行数据输出端口TXD+/-输出至光收发模块RTXM-155,经电光变换,恢复为STM-1全帧光信号继续在SDH网上传输。

本接口电路中单片机89C52有双重作用,一方面作为本接口电路的控制核心,对PM5342进行初始化,通过检测5342的中断请求引脚INTB来监控5342的工作情况,及时地对失光告警、失帧告警及线路告警等异常工作状态作出响应保证系统的正常工作;另一方面,该单片机受净荷处理系统中的主单片机的控制,通过串口与之通信,接收主机查询并报告重大异常,以方便主系统的及时处理。

笔者以SDH接口芯片PM5342为核心设计了STM-1净荷处理系统的接口电路,实践证明其控制灵活,外围电路简单,较好地实现了预期功能。

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/others/200605/2447.html
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