CE1路由器的硬軟件設(shè)計(jì)方案 - 全文

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　　1 引言

　　近年來(lái)，伴隨著各種通信技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，各種網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)和服務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬提出了越來(lái)越高的要求。SDH/SONET 作為一種傳輸技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是傳輸速率高，傳輸延時(shí)小，可組成自愈環(huán)網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)上傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)得到充分保護(hù)，在傳輸網(wǎng)上被大量采用，成為目前光纖網(wǎng)上的骨干傳輸技術(shù)。

　　2 CPOS 路由器介紹

　　2.1 CPOS 工作原理

　　SDH 傳輸業(yè)務(wù)信號(hào)時(shí)各種業(yè)務(wù)信號(hào)要進(jìn)入SDH 的幀都要經(jīng)過(guò)映射、定位和復(fù)用三個(gè)步驟：映射是將各種速率的信號(hào)先經(jīng)過(guò)碼速調(diào)整裝入相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)容器(C)，再加入通道開(kāi)銷(xiāo)(POH)形成虛容器(VC)的過(guò)程，幀相位發(fā)生偏差稱為幀偏移;定位即是將幀偏移信息收進(jìn)支路單元(TU)或管理單元(AU)的過(guò)程，它通過(guò)支路單元指針(TU PTR)或管理單元指針(AU PTR)的功能來(lái)實(shí)現(xiàn);復(fù)用則是將多個(gè)低價(jià)通道層信號(hào)通過(guò)碼速調(diào)整使之進(jìn)入高價(jià)通道或?qū)⒍鄠€(gè)高價(jià)通道層信號(hào)通過(guò)碼速調(diào)整使之進(jìn)入復(fù)用層的過(guò)程。

　　SDH 能夠從高速信號(hào)中直接分/插出低速支路信號(hào)(例如2Mbit/s)，這是因?yàn)榈退僦沸盘?hào)在高速SDH 信號(hào)幀中的位置有預(yù)見(jiàn)性，而預(yù)見(jiàn)性的實(shí)現(xiàn)就在于SDH 幀結(jié)構(gòu)中存在著管理單元指針(AU-PTR)。AU-PTR 是用來(lái)指示信息凈負(fù)荷的第一個(gè)字節(jié)在STM-N 幀內(nèi)的準(zhǔn)確位置的指示符，以便收端能根據(jù)這個(gè)位置指示符的值(指針值)正確分離信息凈負(fù)荷。指針有高、低階之分，高階指針是AU-PTR，低階指針是TU-PTR，支路單元指針(TU- PTR)的作用類(lèi)似于AU-PTR 只不過(guò)所指示的信息更加具體。

　　CPOS 光接口板采用的是STM-1----->AU4----->3 TUG3----->7 TUG2----->3TU12 的映射路徑，從而將(155M/S)STM-1 分拆為63 個(gè)(2M/S)的E1 數(shù)據(jù)信號(hào)，從而在廣域網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)63 個(gè)網(wǎng)點(diǎn)數(shù)據(jù)的匯聚。

　　2.2 CPOS 的應(yīng)用

　　SDH 的最低接入速率是155M bits/s(STM-1)，STM-1 線路(即我們的CPOS)從用戶匯聚中心通過(guò)電信接入網(wǎng)到達(dá)電信傳輸機(jī)房，通過(guò) ODF(Optical Fiber Distribution Frame , 光纖配線架)接入到ADM (Add and Drop Multiplexer , 分插復(fù)用器)設(shè)備，在ADM 設(shè)備上拆分成2M E1 的 PDH 線路，再通過(guò)DDF (Digital Distribution Frame，數(shù)字配線架)和電信接入網(wǎng)到達(dá)用戶網(wǎng)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)。從而實(shí)現(xiàn)63 路E1 數(shù)據(jù)的傳輸匯總。組建相應(yīng)的廣域網(wǎng)。

　　3 CPOS 硬件設(shè)計(jì)

　　3.1 Mindspeed SDH/SONET 套片

　　CPOS 的功能主要由3 顆芯片CX28500，CX29503，CX29600 組成，CX29503，CX29610負(fù)責(zé)信號(hào)的分拆/復(fù)用處理，CX28500 負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的收發(fā)處理。

　　3.1.1 CX28500 芯片

　　MindSpeed 公司CX28500 是一個(gè)高吞吐量的通信控制器，用于同步操作或最多支持1024 個(gè)數(shù)據(jù)信道的鏈路層應(yīng)用。每個(gè)信道可以配置HDLC，Transparent 或SS7。MUSYCC工作在OSI 模型的第二層，它安裝在多路串行接口設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)主機(jī)控制器的共享緩沖內(nèi)存之間。MUSYCC 不但可以作為PCI 控制器，同時(shí)還可以提供32 比特本地?cái)U(kuò)展總線(EBUS)控制器，它允許主機(jī)處理器直接通過(guò)MUSYCC 在PCI 上使用配置內(nèi)存映射的特性來(lái)訪問(wèn)本地內(nèi)存和物理接口設(shè)備。MUSYCC 采用相同的鏈表處理結(jié)構(gòu)為每一個(gè)活動(dòng)的數(shù)據(jù)信道管理內(nèi)存緩沖區(qū)，它的特性允許在內(nèi)存緩沖區(qū)和串口設(shè)備間以最小的主機(jī)處理器的干涉來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，從而允許主機(jī)處理器可以集中處理高層的協(xié)議棧。

　　3.1.2 CX29503 芯片

　　CX29503 寬帶通道多路復(fù)用器是一個(gè)高度集成的芯片，它能夠進(jìn)行映射，復(fù)用，分拆和成幀操作，它能夠把3 個(gè)STS-1，AU-3，DS3，E3 或者1 個(gè)AU-4 輸入轉(zhuǎn)換為84 個(gè)DS1或63 個(gè)E1 的可用的組合。CX29503 可以被用做一個(gè)SONET/SDH-TO-PDH 映射器，可以以51Mbps，2Mbps 和1.5Mbps 的速率支持所有的標(biāo)準(zhǔn)映射，它也可以僅僅被用做一個(gè)PDH設(shè)備。它產(chǎn)生和結(jié)束所有的虛支路(VT)和虛容器路徑開(kāi)銷(xiāo)字節(jié)。CX29503 內(nèi)部包含3 個(gè)嵌入式的DS3/E3 成幀器，3 個(gè)支持G.747 的M13/E13 復(fù)用/分拆單元，84 個(gè)嵌入式的DS1成幀器，63 個(gè)嵌入式的E1 成幀器。其他的特性包括對(duì)于所有可支持的支路，都設(shè)計(jì)了標(biāo)準(zhǔn)化的告警標(biāo)志符，狀態(tài)監(jiān)控和錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器，此外還擁有一個(gè)嵌入式的命令與狀態(tài)處理器，它可以替主機(jī)承擔(dān)主要的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)操作。

　　3.1.3 CX29610 芯片

　　CX29610 主要負(fù)責(zé)頭開(kāi)銷(xiāo)的產(chǎn)生和消除，同時(shí)把進(jìn)來(lái)的STM-1 信號(hào)轉(zhuǎn)換為3 個(gè)STS-1信號(hào)通過(guò)SI-BUS 與CX29503 芯片相連。

　　3.2 板卡設(shè)計(jì)

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　　圖 1 CPOS 板卡線路圖

　　如 CPOS 板卡結(jié)構(gòu)圖所示，CPOS 的功能主要由3 顆芯片CX28500，CX29503，CX29600組成，CX29503，CX29600 負(fù)責(zé)信號(hào)的分拆/復(fù)用處理，CX28500 負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的收發(fā)處理，通過(guò)PCI 和主板內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

　　4 CPOS 驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì)

　　4.1 驅(qū)動(dòng)軟件結(jié)構(gòu)

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　　如圖中所示，驅(qū)動(dòng)軟件由六個(gè)功能性的模塊組成，分別是芯片初始化，硬件中斷處理，數(shù)據(jù)接收發(fā)送，接口狀態(tài)掃描，配置命令處理，錯(cuò)誤狀態(tài)處理。整個(gè)驅(qū)動(dòng)軟件的設(shè)計(jì)也是圍繞著這六大模塊進(jìn)行的。

　　芯片初始化模塊： 該模塊負(fù)責(zé)初始化 PCI 和各個(gè)芯片，注冊(cè)中斷處理函數(shù)，使能相關(guān)的中斷，動(dòng)態(tài)為各個(gè)芯片分配相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，初始化相關(guān)的變量。

　　硬件中斷處理模塊：負(fù)責(zé)處理HDLC 多路通道控制器CX28500 所引起的各種中斷，如通道使能，通道關(guān)閉，發(fā)送結(jié)束中斷，數(shù)據(jù)幀接收中斷，COFA，OWNER 錯(cuò)誤中斷等。

　　數(shù)據(jù)接收發(fā)送模塊：負(fù)責(zé)把上層HDLC 模塊或PPP 模塊傳送給底層的數(shù)據(jù)放入相應(yīng)的接口發(fā)送出去，負(fù)責(zé)把接收到的數(shù)據(jù)包傳送給上層模塊處理，同時(shí)在此模塊中還需申請(qǐng)釋放用來(lái)發(fā)送接收數(shù)據(jù)包的緩沖區(qū)。

　　接口狀態(tài)掃描模塊：該模塊需對(duì)物理接口不停地進(jìn)行掃描以取得當(dāng)前通信鏈路的狀態(tài)，比如信號(hào)丟失，光纖的插拔等，同時(shí)，在該模塊中需要在接口狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，對(duì)各子接口進(jìn)行處理。

　　配置命令處理模塊：該模塊對(duì)MMI 傳下來(lái)的命令進(jìn)行解析，并執(zhí)行相應(yīng)的配置操作，如接口的生成，接口的取消操作，回環(huán)的設(shè)置，配置命令的保存等，并對(duì)無(wú)效的命令進(jìn)行處理。

　　錯(cuò)誤狀態(tài)處理模塊：當(dāng)發(fā)生信號(hào)丟失，CRC 校驗(yàn)錯(cuò)，OWNER 錯(cuò)等情況時(shí)，進(jìn)行相應(yīng)的處理，統(tǒng)計(jì)發(fā)生錯(cuò)誤的數(shù)目等。

　　4.2 驅(qū)動(dòng)軟件流程

　　4.1.1 initsys

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　　從sys 模塊中得到得到當(dāng)前系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，包括：每個(gè)PCI 插槽的membase，中斷號(hào)，當(dāng)前系統(tǒng)所插板卡的數(shù)目，每個(gè)PCI 插槽上設(shè)備的類(lèi)型和設(shè)備參數(shù)等。同時(shí)需要建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行初始化。

　　4.1.2 initdevice

　　按照需求對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行初始化，包括：PCI 配置空間的初始化，CX28500多路通道控制器的初始化，CX29503，CX29600 信號(hào)處理芯片的的初始化，中斷處理函數(shù)的注冊(cè)，中斷使能。

　　4.1.3 registerinterfacescan

　　注冊(cè)接口掃描處理函數(shù)，對(duì)接口的狀態(tài)以1 秒為周期不停地進(jìn)行掃描，對(duì)不同的情形進(jìn)行處理，例如光纖的插拔，線路不穩(wěn)定，信號(hào)丟失等。

　　4.1.4 registersenddatafunction

　　注冊(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送處理函數(shù)，供HDLC 模塊進(jìn)行調(diào)用，用來(lái)發(fā)送HDLC 數(shù)據(jù)包。

　　4.1.5 mmicmdprocess

　　配置命令接收和處理操作，接收上層模塊發(fā)給驅(qū)動(dòng)模塊的配置命令并進(jìn)行相應(yīng)的配置操作，常見(jiàn)的配置命令有：接口的生成命令，接口的取消命令，顯示當(dāng)前配置命令，保存當(dāng)前配置命令，回環(huán)配置命令，時(shí)鐘配置命令等。

　　4.3 數(shù)據(jù)輸入輸出處理

　?、貱POS 路由器板卡通過(guò)光模塊與外部的光纖相連接，在接收方向上，通過(guò)信號(hào)處理芯片把高速的STM-1 信號(hào)分拆為63 路低速的E1 信號(hào)之后，CX28500 芯片中被分配了對(duì)應(yīng)時(shí)隙，適當(dāng)?shù)木彌_區(qū)，同時(shí)緩沖區(qū)描述符被正確地進(jìn)行了設(shè)置的通道就會(huì)接收對(duì)應(yīng)時(shí)隙中所傳入的E1 數(shù)據(jù)，隨后CX28500 芯片中的DMA 控制器把接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)PCI 放入我們之前為通道申請(qǐng)的緩沖區(qū)中，同時(shí)中斷控制器會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)接收的中斷通知我們到緩沖區(qū)中去取數(shù)據(jù)，然后我們將接收到的數(shù)據(jù)包上傳給HDLC/PPP 協(xié)議模塊。

　?、诮?jīng)過(guò)HDLC/PPP 協(xié)議模塊處理之后，數(shù)據(jù)包被傳遞給TCP/IP 協(xié)議棧進(jìn)行處理，TCP/IP協(xié)議棧會(huì)根據(jù)系統(tǒng)中路由表的信息將所收到的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到正確的接口，如果目標(biāo)IP 地址不存在，丟棄該數(shù)據(jù)包。

　?、墼诎l(fā)送方向上，與接收方向相反，TCP/IP 協(xié)議棧把要發(fā)送的數(shù)據(jù)包傳給HDLC 模塊，HDLC 模塊會(huì)調(diào)用我們所注冊(cè)的數(shù)據(jù)發(fā)送處理函數(shù)，在數(shù)據(jù)發(fā)送處理函數(shù)中把要發(fā)送的數(shù)據(jù)包掛入到相應(yīng)接口對(duì)應(yīng)通道的緩沖區(qū)中，同時(shí)把緩沖區(qū)的描述符進(jìn)行配置。CX28500 DMA控制器隨后會(huì)根據(jù)緩沖區(qū)描述符，用戶設(shè)定的緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度從內(nèi)存中把數(shù)據(jù)包取出，當(dāng)通道對(duì)應(yīng)的時(shí)隙到來(lái)時(shí)，把數(shù)據(jù)發(fā)送出去，數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束之后，把發(fā)送數(shù)據(jù)所使用的內(nèi)存釋放掉。

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　本文介紹了CE1 路由器的概念及其在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用，并且針對(duì) MINDSPEEDSONET/SDH 套片提出了CE1 路由器的硬件設(shè)計(jì)方案和軟件設(shè)計(jì)方案。隨著通信技術(shù)的進(jìn)步，CE1 路由器必定得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

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