多信道E1映射复用成帧芯片PM8316及其应用
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关键词：SDH；PM8316；净荷；开销
1 引言
同步数字系列ＳＤＨ作为新一代同步数字体系标准，与传统的准同步数字系列ＰＤＨ相比具有网络结构灵活、网络管理能力和自愈能力强大、接口规范标准、前后兼容性好等优点。因此，在电信网日益向网络化、智能化、综合化发展趋势下，ＳＤＨ正逐步取代ＰＤＨ。ＳＤＨ具有后向兼容性，也就是说，现存的ＰＤＨ三大系列的各速率等级的信号均能纳入ＳＤＨ的传送模块中，这样使现存的ＰＤＨ设备还能够继续使用，不致造成浪费。而这种将ＰＤＨ信号和各种新业务装入ＳＤＨ信号空间，并构成ＳＤＨ帧的过程称为映射和复用过程。
在ＳＤＨ中，映射就是指将ＰＤＨ信号比特经过一定的对应关系放置到ＳＤＨ容器中的确切位置上去，例如字节同步映射；复用就是指将几路信号逐字节间插合为一路信号的过程。图１所示是中国规定的ＳＤＨ复用映射结构，通过标准的协议，可将三种速率的ＰＤＨ信号映射复用到同步传输模块ＳＴＭ－Ｎ中。
ＰＭ８３１６就是满足ＰＤＨ的２Ｍｂｉｔ／ｓ或３４Ｍｂｉｔ／ｓ信息流与ＳＤＨ的ＳＴＭ－１信息流之间的映射复用和解映射复用芯片。
２ ＰＭ８３１６的主要特点
ＰＭ８３１６具有如下主要特点：
●提供１９．４４ ＭＨｚ或７７．７６ＭＨｚ ＳＤＨ分插复用通信总线接口，可与ＰＭＣ－Ｓｉｅｒｒａ公司的其它ＳＤＨ设备无缝连接。
●支持从一个１５５Ｍｂｉｔ／ｓ的ＳＴＭ－１最多解映射６３路Ｅ１数据流，并同时将６３路Ｅ１数据流复用到一个ＳＴＭ－１中。
●系统侧接口支持８Ｍｂｉｔｓ／ｓ的Ｈ－ＭＶＩＰ总线，同时提供８Ｍｂｉｔｓ／ｓ的随路信令和共路信令信道。
●支持接收和发送支路的抖动衰减。
●支持Ｅ１远端块、ＣＲＣ－４、帧位错误的性能监测。
●为系统定时提供３个无抖动的恢复时钟。
●提供每条链路诊断和线路环回。
●在每个支路上提供ＰＲＢＳ发生器和探测器，用于错误测试。
●为配置、控制和状态监测提供一个８位微处理器总线接口。
●为边界扫描测试而提供一个标准的５信号Ｐ１１４９．１ ＪＴＡＧ测试端口。
●采用低功耗１．８Ｖ／３．３Ｖ ＣＭＯＳ工艺。所有管脚都是５Ｖ耐压。
３ ＰＭ８３１６的接口功能
ＰＭ８３１６的功能模块如图２所示，它针对的是中国的通信标准。
ＰＭ８３１６芯片提供线路端接口、测控接口和系统端接口。以下分别对每个接口及其收发功能做简要介绍。
３．１ 线路端接口
ＰＭ８３１６提供的１９．４４ＭＨｚ或７７．７６ＭＨｚ通信总线接口可以和光同步净荷提取定位系列的芯片进行无缝连接，其总线宽度是８位。总线工作于１９．４４ＭＨｚ时，通信总线容量最多支持ＳＴＭ－１，数据传输时，每个数据时钟对数据采样一次；总线工作于７７．７６ＭＨｚ时，通信总线容量最多支持ＳＴＭ－４，数据传输时，每４个数据时钟对数据采样一次。不论ＰＭ８３１６处于哪一种频率的工作模式，该芯片的通信容量都是ＳＴＭ－１。
３．２ 测控接口
测控接口包括ＪＴＡＧ接口和微处理器接口。ＪＴＡＧ接口支持边界扫描和５个标准的ＪＴＡＧ指令；微处理器接口是一个具有１３位地址线的８位数据并口，它提供了大量正常工作所需的正常模式寄存器和加强易测性的测试模式寄存器。
３．３ 系统端接口
它包含两种总线：高密度多厂家集成协议总线Ｈ－ＭＶＩＰ和带宽可调互联总线ＳＢＩ。Ｈ－ＭＶＩＰ总线可大大简化与链路层设备的连接，它可以提供６３路Ｅ１的所有时隙、随路信令或共路信令的连接；ＳＢＩ总线是一个８位并行总线，其通信容量、通信总线容量和工作时钟方式同线路端接口。
３．４ 收发功能
对于系统端而言，有发送和接收两个不同的方向，下面就针对这两个方向对各自的信号处理流程给予介绍。
在发送方向上，以Ｈ－ＭＶＩＰ为形式的Ｅ１信号先通过Ｈ－ＭＶＩＰ时钟和帧同步时钟采样接收后被送入缓存存储器ＥＬＳＴ。然后在ＥＬＳＴ中进行受控滑动处理后进入成帧器，再由成帧器在恢复的ＰＣＭ流中搜寻基帧同步和ＣＲＣ复帧同步，并协同传输器根据ＩＴＵ－Ｔ标准产生２０４８ｋｂｉｔ／ｓ的数据流，同时对每路Ｅ１产生基帧和ＣＲＣ复帧。经过如上处理之后，数据流便进入了支路字节同步映射器，３个支路字节同步映射器中的每一个最多可以将２１路Ｅ１流映射成一个ＴＵＧ３净荷。为了上报性能监测结果，通过设置，远端警报处理指示器可以使Ｖ５的第８位和第４位分别表示远端缺陷指示和远端故障指示。如上完成的是通道净荷处理，为了进一步映射，传输支路通道开销处理器为２１路Ｅ１生成通道开销，并且计算在当前支路同步净荷包ＳＰＥ中ＢＩＰ－２，再将计算结果插入下一个支路ＳＰＥ的Ｖ５中的ＢＩＰ－２位中，同时也插入远端块错误、远端失败指示和远端过失指示。最后通过支路净荷处理器中的净荷缓存和指针产生的处理后形成ＳＰＥ。
在接收方向上，３个支路净荷处理器以ＴＵＧ－３中的ＴＵ－１２为处理对象?利用通道开销Ｈ４字节，依次监测复帧的同步状态、指针解释、净荷缓存、指针产生等，随后决定支路通道开销字节Ｖ５在缓存器输出流中的位置。在接收支路通道开销处理部分，３个支路通道开销处理器监视支路净荷处理器的输出流，同时计算比特间插奇偶校验并和Ｖ５的ＢＩＰ－２代码相比较，如果比较结果不同，说明传输有误，且对错误进行积累。在接收支路字节同步解映射部分，可以将ＳＴＭ－１／ＶＣ４中的净荷ＴＵＧ３解映射为２１路Ｅ１。随后利用接收数字抖动衰减器，提供比较好的抖动容限和抖动衰减，当抖动频率大于５Ｈｚ时，抖动衰减器能够容纳４８ＵＩｐｐ的输入抖动，当漂移频率小于５Ｈｚ时，抖动衰减器能够以每１０倍２０ｄＢ的标准对残留抖动进行衰减。最后将解映射和解复用处理后的信号从缓存存储器ＥＬＳＴ以Ｈ－ＭＶＩＰ形式输出。
４ 典型应用
ＰＭ８３１６功能强大，可用于ＳＤＨ分插复用设备、终端复用设备、数字交叉连接设备、光接口设备、数字调制解调器和路由器等多种设备。下面通过一个实际的光接口系统的实例来说明ＰＭ８３１６的应用。
图３所示是由ＰＭ８３１６构成的光接口电路框图，该电路主要由光电转化模块ＨＦＣＴ－５２０５、开销指针处理模块ＰＭ５３４２、映射解映射处理模块ＰＭ８３１６构成。该系统可以为ＳＤＨ和ＰＤＨ两大标准通信体系提供简易的连接桥梁，且在系统端以多厂家集成协议?ＭＶＩＰ?的形式，可以最多达到上下６３条Ｅ１链路，如果系统端再添加其它功能模块，可构成分插复用设备和终端复用设备。它们构成的电路具有接口简单、功能强大、易于调试、易于管理等特点。下面就以模块划分对部分信号的处理给予说明。
光电／电光转换模块：由ＨＦＣＴ－５２０５构成，它将接收到的光信号转换为电信号送给ＰＭ５３４２，同时将从ＰＭ５３４２来的电信号转换为光信号。它和ＰＭ５３４２的接口是１５５ＭＨｚ差分接口。另外，为警报指示提供了信号丢失信号ＳＤ。
开销指针处理模块：由ＰＭ５３４２构成，在接收侧，完成时钟恢复、串并转换、再生段开销处理、复用段开销处理、高低阶通道开销处理、高低阶指针解释和缓存定位等。在发送侧，处理顺序相反。与ＰＭ８３１６的接口是通信总线接口。
映射解映射模块：由ＰＭ８３１６构成，主要完成映射／解映射、复用／解复用、成帧等功能，具体细节在上面的器件介绍中已提及。
通过ＣＰＬＤ可实现以下４个信号处理功能：
（１） 为ＰＭ５３４２和ＰＭ８３１６提供接收和发送数据时钟１９．４４ＭＨｚ。由晶振产生的１９．４４ＭＨｚ时钟信号先送入ＣＰＬＤ，再在ＣＰＬＤ中透明传输到多个输出端上，作为本系统中所有１９．４４ＭＨｚ时钟的来源。
（２）帧脉冲产生。在本系统中，需要分别为ＰＭ５３４２、ＰＭ８３１６产生ＤＦＰ、ＬＡＣ１标志信号。ＤＦＰ为高电平时，表示每一帧中的第一个同步净荷包已出现，因为ＰＭ５３４２内部有一个根据最近接收的ＤＦＰ来调整的计数器，所以它没有必要在任何一个帧中出现；ＬＡＣ１表示在ＬＡＤＡＴＡ?７：０?上出现的基帧和复帧边界，当包含有４个基帧的复帧中的第一个帧的第一个Ｃ１字节出现时，它的高电平有效。它们都是上升沿采样。因此产生帧脉冲时，需用下降沿采样，另外它们都是每４个基帧产生一次帧脉冲，所以计数周期为２７０（列）×９（行）×４（帧）＝９７２０。以下是部分ＶＨＤＬ代码：
ｉｆ ｆ１９ｍｃ ＝′０′ ａｎｄ ｆ１９ｍｃ＇ｅｖｅｎｔ ｔｈｅｎ
ｉｆ ｃｏｕｎｔ ＝９７１９ ｔｈｅｎ
ＬＡＣ１ ＜＝′１′；
ＤＦＰ ＜＝′１′；
ｃｏｕｎｔ ＜＝ ０；
ｅｌｓｅ
ｃｏｕｎｔ＜＝ ｃｏｕｎｔ ＋１；
ＬＡＣ１ ＜＝′０′；
ＤＦＰ ＜＝′０′；
ｅｎｄ ｉｆ；
ｅｎｄ ｉｆ；
（３）分频产生ＣＴＣＬＫ时钟。因为本系统端采用ＭＶＩＰ接口，所以ＣＴＣＬＫ必须定位于ＣＭＶＦＰＢ。又考虑到晶振产生的１９．４４ＭＨｚ时钟和这个帧同步时钟没有相关的相位关系，所以采用ＣＭＶＦＰＢ对ＣＭＶ８ＭＣＬＫ复位控制分频得到ＣＴＣＬＫ。以下是部分ＶＨＤＬ代码：
ｉｆ ｃｍｖｆｐｂ ＝ ′０′ ｔｈｅｎ
ｃｏｕｎｔ ＜＝３；
ｏｕｔｃｌｋ＜＝′０′；
ｅｌｓｉｆ （ｃｍｖ８ｍｃｌｋ ′ｅｖｅｎｔ ａｎｄ ｃｍｗ８ｍｃｌｋ ＝ ′１′） ｔｈｅｎ
ｉｆ ｃｏｕｎｔ ＝７ ｔｈｅｎ
ｏｕｔｃｌｋ＜＝ｎｏｔ ｏｕｔｃｌｋ；
ｃｏｕｎｔ ＜＝ ０；
ｅｌｓｅ
ｃｏｕｎｔ ＜＝ ｃｏｕｎｔ ＋１；
ｏｕｔｃｌｋ＜＝ｏｕｔｃｌｋ；
ｅｎｄ ｉｆ；
ｅｎｄ ｉｆ；
ｃｔｃｌｋ＜＝ｏｕｔｃｌｋ；
（４）合路和分路。在系统端，链路、ＭＶＩ／ＥＤ、净荷包、Ｅ１之间的索引关系如下：
ＬＩＮＫ ＃＝４×[ＭＶＩ／ＥＤ ｉｎｄｅｘ－７×（ＳＰＥ－１）－１]＋Ｅ１
由上式可知，ＭＶＩ／ＥＤ中索引号为６、１３、２０的信道中只有１／４的带宽被利用，为了提高信道的利用率，可将多个不满负载的信道合成到一个信道上，这个处理过程就称作合路。反之，相反的过程称作分路。在本系统中，要实现３条信道（ＭＶＩＤ[６]、ＭＶＩＤ[１３]和ＭＶＩＤ[２０]）到一条信道ＨＭＶＩＤＣ的合路，和一条信道ＨＭＶＥＤＣ到３条信道（ＭＶＥＤ[６]、ＭＶＥＤ[１３]和ＭＶＥＤ[２０]）的分路。在实现的过程中，由于合路和分路处理的各个信道的数据速率相同，所以处理过程中只需等待和延迟即可。
５ 结语
本文介绍了专用的多信道Ｅ１映射复用成帧芯片ＰＭ８３１６，它将映射复用功能和成帧功能合二为一，所以在设计相同容量的系统时，ＰＭ８３１６较之其它器件可大大简化系统结构、降低功耗，同时可简化调试步骤、缩短研发周期。
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