基于S3C2410微控制器的2M傳輸口測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1引言

數(shù)字通訊飛速發(fā)展的今天， 2M口日益成為重要的設(shè)備投入業(yè)務(wù)測(cè)試點(diǎn)和運(yùn)營維護(hù)測(cè)試點(diǎn)。數(shù)字通訊飛速發(fā)展的今天，建立綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)正成為電信經(jīng)營者努力的方向。差錯(cuò)（誤碼、誤塊）性能作為數(shù)字網(wǎng)的重要傳輸性能指標(biāo)，是網(wǎng)絡(luò)營運(yùn)者進(jìn)行數(shù)字網(wǎng)建設(shè)、維護(hù)的重要依據(jù)；也是評(píng)估電信業(yè)務(wù)性能優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)之一。 因此，國際電聯(lián)（ITU-T）極為重視對(duì)差錯(cuò)的研究，近年來，針對(duì)數(shù)字網(wǎng)的設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)的要求，推出了一系列有關(guān)誤碼性能的建議。目前我國工程技術(shù)人員所使用的測(cè)試儀多為國外進(jìn)口產(chǎn)品，產(chǎn)品價(jià)格昂貴。而國產(chǎn)的測(cè)試儀功能相對(duì)簡單。為此我們研究設(shè)計(jì)了一款基于 ARM的2M傳輸口測(cè)試系統(tǒng)。2Mb/s是我國數(shù)字時(shí)分復(fù)用基群2048kbit/s 的簡稱，是PCM傳輸與交換的基礎(chǔ)。本文涉及的2M傳輸口測(cè)試系統(tǒng)為手持式PCM 2M綜合測(cè)試儀器。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)2M測(cè)試系統(tǒng)的性能要求，硬件層主要由系統(tǒng)核心部分、檢測(cè)模塊部分和語音監(jiān)聽部分組成。硬件原理框圖如圖1。

2.1 系統(tǒng)核心組成設(shè)計(jì)

在此系統(tǒng)中我們選用三星公司的S3C2410微控制器芯片，內(nèi)含一個(gè)由ARM公司設(shè)計(jì)的16/32位ARM920T RISC處理器核，ARM920T為低功耗、高性能的16/32核。S3C2410微控制器芯片在本系統(tǒng)中的主要作用是：（1）讀寫和控制各模塊芯片；（2）讀取鍵值；（3）控制液晶屏的顯示；（4）在測(cè)量時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取和處理；（5）對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫；（6）通過串行口與微機(jī)進(jìn)行通訊，將測(cè)試結(jié)果上傳微機(jī)。存儲(chǔ)器以HY29LV160 FLASH作為程序存儲(chǔ)器，以HY57V641620SDRAM作內(nèi)存，構(gòu)成嵌入式系統(tǒng)核心。S3C2410芯片內(nèi)含一個(gè)IIC總線控制器，可方便的與各種帶有IIC接口的器件相連。在該系統(tǒng)中，外擴(kuò)一片AT24C01作為IIC存儲(chǔ)器?？纱娣旁谙到y(tǒng)掉電時(shí)需要保存的數(shù)據(jù)。

2.2 檢測(cè)模塊部分的設(shè)計(jì)

檢測(cè)模塊部分由芯片DS21354［2］和芯片DS21372組成，這兩塊芯片協(xié)同工作共同完成檢測(cè)功能。DS21354芯片主要完成發(fā)送和接收2048kbit/s 的PCM 信號(hào)，并從中檢測(cè)誤碼和告警狀態(tài)。DS21372是一種軟件可編程的測(cè)試圖樣產(chǎn)生、接收、分析器，能適用于對(duì)差錯(cuò)性能要求最嚴(yán)格的數(shù)字傳輸設(shè)備的能力。具有兩種測(cè)試圖樣的生成方式（偽隨機(jī)序列和重復(fù)序列）。符合CCITT/ITU O.151，O.152，O.153和 O.161標(biāo)準(zhǔn)。DS2172 可以工作在直流到20MHz，這樣寬的頻率工作范圍使它可以靈活地使用在現(xiàn)有的設(shè)備和處于測(cè)試階段的新設(shè)備中，如：傳輸設(shè)備，交換設(shè)備，復(fù)用器，DAC，路由器，橋設(shè)備等。

DS21372［3］中包含有4個(gè)功能塊：圖樣產(chǎn)生，圖樣檢測(cè)，差錯(cuò)計(jì)數(shù)和控制接口，具有完全獨(dú)立的傳輸和接收部分，8bit的并行處理器接口，可以編程產(chǎn)生最大長度為（232－1）bits的偽隨機(jī)序列圖樣，可編程的多項(xiàng)式長度和反饋量可以用于任意偽隨機(jī)序列圖樣的生成，包括：26-1、29-1、211-1、215-1、220-1、223-1和232-1?；蛘哂脩艟幊痰淖远x長度從1到32bits的重復(fù)序列圖樣。擁有32bit差錯(cuò)計(jì)數(shù)器和比特計(jì)數(shù)器。軟件編程的比特差錯(cuò)插入，最大比特差錯(cuò)率圖樣的檢測(cè)可達(dá)10-2。DS21372能向線路插入單個(gè)bit或從10-1bit到10-7bit誤碼率的誤碼，以檢驗(yàn)設(shè)備的操作狀態(tài)和連通性。用于分析、評(píng)測(cè)、解決數(shù)字通信系統(tǒng)中出現(xiàn)的問題。

2.3 語音監(jiān)聽模塊部分的設(shè)計(jì)

語音監(jiān)聽部分采用時(shí)隙交換電路和語音檢測(cè)模塊組成，語音檢測(cè)模塊采用ZARLINK的3.3V多功能CODEC MT91L60［4］。這款芯片能實(shí)現(xiàn)聲音信號(hào)的A/D、D/A轉(zhuǎn)換，并為標(biāo)準(zhǔn)的電話機(jī)手柄等接收發(fā)送裝置提供模擬接口。當(dāng)E1接口電路與2M實(shí)際線路連通后，2M 鏈路上的話音時(shí)隙要通過時(shí)隙交換電路與MT91L60電路相連，構(gòu)成了話音時(shí)隙收發(fā)的通道。在這個(gè)過程中要初始化時(shí)隙交換電路，將2M鏈路上的需要監(jiān)測(cè)的話音時(shí)隙交換至MT91L60。打開MT91L60接收通路至電話機(jī)手柄輸出，設(shè)置ITU-T A-law話音編碼方式，設(shè)置接收增益+6dB，設(shè)置非消側(cè)音非環(huán)回模式等。這些設(shè)置是通過設(shè)置MT91L60內(nèi)部寄存器完成的，完成這一系列設(shè)置后，語音測(cè)試就可以開始了，語音可以通過電話機(jī)手柄聽到，其他測(cè)試內(nèi)容可以從MT91L60內(nèi)部寄存器讀到結(jié)果。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件部分主要由啟動(dòng)代碼的設(shè)計(jì)和應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)，基于ARM是復(fù)雜的片上系統(tǒng)（SOC），這種復(fù)雜系統(tǒng)里的多數(shù)硬件模塊都是可配置的，需要由軟件來設(shè)置其需要的工作狀態(tài)。因此在用戶的應(yīng)用程序啟動(dòng)之前，需要有專門的一段啟動(dòng)代碼來完成對(duì)系統(tǒng)的初始化。由于這類代碼直接面對(duì)處理器內(nèi)核和硬件控制器進(jìn)行編程，一般都是用匯編語言寫的。啟動(dòng)代碼就是完成各種初始化工作，并引導(dǎo)進(jìn)入C程序。

3.1 bootloader設(shè)計(jì)

啟動(dòng)代碼［5］的主要實(shí)現(xiàn)功能包括以下部分：

（1）設(shè)置程序入口指針；

（2）設(shè)置中斷向量表；

（3）初始化存儲(chǔ)器系統(tǒng)；

（4）初始化CPU各種模式的堆棧和寄存器；

（5）初始化目標(biāo)系統(tǒng)中要使用的各種片內(nèi)外設(shè)；

（6）初始化用戶程序執(zhí)行環(huán)境；

（7）引導(dǎo)主應(yīng)用程

具體實(shí)現(xiàn)的部分代碼如下：

AERA Init， CODE，READONLY

ENTRY ；定義入口點(diǎn)

B SYS_RST_HANDLER ；系統(tǒng)上電復(fù)位操作

B UDF_INS_HANDLER ；處理未定義中斷模式

B SWI_SVC_HANDLER ；處理軟件中斷

B INS_ABT_HANDLER

B DAT_ABT_HANDLER ；處理中止異常

B ．

B IRQ_SVC_HANDLER ；處理IRQ 中斷

B FIQ_SVC_HANDLER ；處理FIQ中斷

SYS_RST_HANDLER

MSR R0， CPSR ；禁止中斷

ORR R0，R0，#0XC0

MSR CPSR_C，R0

BL initcpu ；調(diào)整PLL和時(shí)鐘

BL initmem ；初始化存儲(chǔ)器

BL initstack ；設(shè)置堆棧

… …

… …

… …

B main ； 跳轉(zhuǎn)到主應(yīng)用程序

3.2應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)

應(yīng)用程序采用Ｃ語言編寫，由其實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)中所需的各種功能。根據(jù)系統(tǒng)功能需求，軟件劃分為以下模塊：液晶顯示模塊、測(cè)試設(shè)置模塊、測(cè)試指標(biāo)計(jì)算模塊等部分。軟件設(shè)計(jì)思想是利用S3C2410的中斷控制整個(gè)軟件的流程。共使用4個(gè)硬件中斷來完成系統(tǒng)的功能：一個(gè)內(nèi)部硬件定時(shí)中斷，3個(gè)外部硬件中斷（鍵盤中斷、串口中斷、E1測(cè)試中斷）。主程序流程圖如圖2所示。

根據(jù)測(cè)試系統(tǒng)功能的要求， 在程序中定義了2個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，一個(gè)是用來存放程序中需要用到的各種測(cè)試設(shè)置值的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)SetUp_struct；另一個(gè)是用于存放測(cè)試結(jié)果的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Data_struct。這兩個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是連接各個(gè)功能函數(shù)的橋梁，通過判斷SetUp_struct中各個(gè)變量的值可以使程序做出相應(yīng)的操作，并改變相應(yīng)Data_struct值，從而實(shí)現(xiàn)在不同的測(cè)試環(huán)境下對(duì)不同指標(biāo)的測(cè)試。

3.3 2M測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試指標(biāo)的測(cè)量與計(jì)算

2M測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)所能達(dá)到的測(cè)試指標(biāo)如下：

（1）、在線和中斷業(yè)務(wù)測(cè)試，可選接口阻抗：75Ω、120Ω、高阻（≥2KΩ）。

（2）、統(tǒng)計(jì)分析功能： G.826測(cè)試分析誤塊秒、嚴(yán)重誤塊秒、背景誤塊、不可用秒、誤塊秒率、嚴(yán)重誤塊秒率、背景誤塊率；G.821測(cè)試分析誤碼秒、嚴(yán)重誤碼秒、 不可用秒；M.2100測(cè)試分析誤碼秒、嚴(yán)重誤碼秒、不可用秒。

（3）、差錯(cuò)（誤碼、誤塊）監(jiān)測(cè)比特誤碼、編碼誤碼、幀字差錯(cuò)、CRC差錯(cuò)。

（4）、告警監(jiān)測(cè)。

（5）、同時(shí)顯示幀開銷及30個(gè)話路數(shù)字型線路信號(hào)（a.b.c.d）的狀態(tài)。

（6）、話音監(jiān)聽，各話音時(shí)隙可選。

（7）、測(cè)試結(jié)果掉電可記憶，可上傳微機(jī)。

上述各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)量由檢測(cè)模塊和語音監(jiān)聽模塊實(shí)現(xiàn)，指標(biāo)的（3）、（4）項(xiàng)可通過對(duì)ds21354和ds21372的相關(guān)寄存器的設(shè)置和對(duì)線路狀態(tài)寄存器的讀取并對(duì)數(shù)據(jù)簡單處理可實(shí)現(xiàn)。指標(biāo)的（5）、（6）項(xiàng)可通過對(duì)時(shí)隙交換電路相關(guān)寄存器的設(shè)置和讀取對(duì)數(shù)據(jù)簡單處理實(shí)現(xiàn)。第（2）項(xiàng)的指標(biāo)參數(shù)是統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，需要在讀取DS21372寄存器的原始測(cè)試數(shù)據(jù)之后，經(jīng)過計(jì)算得到。統(tǒng)計(jì)指標(biāo)以秒為單位，程序設(shè)置了周期為1s的中斷定時(shí)讀取ds21372的寄存器值，調(diào)用計(jì)算函數(shù)計(jì)算統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。圖3是在G.821分析模式下的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)算法流程圖，其余分析模式下與此相似。

圖3 G.821分析模式下測(cè)試指標(biāo)計(jì)算流程圖

4 結(jié)束語

2M 測(cè)試系統(tǒng)在我國電信、網(wǎng)絡(luò)相關(guān)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。本文介紹的基于ARM的2M測(cè)試系統(tǒng)具有體積小、功耗低、功能豐富等優(yōu)點(diǎn)，特別是能夠語音監(jiān)聽，并且各時(shí)隙可選，能夠滿足對(duì)2M口性能的測(cè)試和分析。ARM處理器以其高性價(jià)比，在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：在2M測(cè)試系統(tǒng)中采用時(shí)隙交換芯片與語音檢測(cè)芯片組合成語音在線監(jiān)聽模塊，能實(shí)現(xiàn)任一時(shí)隙的語音監(jiān)聽，以及任一時(shí)隙的線路信號(hào)狀態(tài)檢測(cè)，能更好的幫助工程技術(shù)人員對(duì)2M線路的測(cè)試和維護(hù)。

責(zé)任編輯：gt