1 引言
多規(guī)程用戶業(yè)務(wù)接入設(shè)備（Multi－Protocol User Traffic Access Device,MPUTAD）的用途是為各類低速用戶業(yè)務(wù)接入寬帶網(wǎng)提供接入手段。由于低速用戶業(yè)務(wù)的多樣性,包括話音業(yè)務(wù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及局域網(wǎng)業(yè)務(wù)等,因此,要求該設(shè)備具有多種通信接口,適配多種通信協(xié)議,可接入多種網(wǎng)絡(luò),并支持多種網(wǎng)絡(luò)間的互聯(lián),可實(shí)現(xiàn)話音、數(shù)據(jù)、局域網(wǎng)互聯(lián)等多種方式的業(yè)務(wù)接入。
在設(shè)計(jì)過程中,我們使用了Motorola公司特別為電信和網(wǎng)絡(luò)市場設(shè)計(jì)的高性能的集成通信微處理器MPC860。該芯片采用雙處理器內(nèi)核結(jié)構(gòu),一個(gè)是為高層應(yīng)用服務(wù)提供高性能的通用32位處理器PowerPC內(nèi)核,另一個(gè)是專為底層通信應(yīng)用服務(wù)提供專用RISC處理器內(nèi)核CPM,兩者可通過片內(nèi)的雙端口內(nèi)存通信,可快速完成對通信協(xié)議的處理。CPM可同時(shí)支持3個(gè)快速的串行通信控制器（FCC）、2個(gè)多通道控制器（MCC）、4個(gè)串行通信控制器（SCC）,2個(gè)串行管理控制器（SMC）,1個(gè)串行外圍接口（SPI）和1個(gè)I2C接口,大大減輕了PowerPC核的外圍工作任務(wù),為用戶在網(wǎng)絡(luò)和通信產(chǎn)品的開發(fā)方面提供了巨大的潛力并縮短開發(fā)周期。
2 方案設(shè)計(jì)
如圖1所示,根據(jù)多規(guī)程用戶業(yè)務(wù)接入設(shè)備的功能確定采用主板配多種業(yè)務(wù)接入卡的模塊設(shè)計(jì)思路。
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多規(guī)程用戶業(yè)務(wù)的接入設(shè)備由主板、背板、擴(kuò)展插卡、控制面板、電源和機(jī)箱等幾部分組成,主板是系統(tǒng)核心,主要完成各種通用和專用通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換及處理,路由選擇功能,設(shè)備有8個(gè)數(shù)據(jù)端口,通過端口串接實(shí)現(xiàn)設(shè)備級連,并為擴(kuò)展插卡提供插槽;擴(kuò)展插卡主要設(shè)計(jì)有局域網(wǎng)接口卡（PROLAN）、模擬話音/傳真卡（ATF）、群路（E1）卡和數(shù)字話音卡（DV）,可完成各類通用和專用用戶業(yè)務(wù)的接入,各板卡的方案設(shè)計(jì)如下：
2.1 主板
主板是多規(guī)程用戶業(yè)務(wù)接入設(shè)備的核心部件,其實(shí)現(xiàn)原理如圖2所示,主要完成協(xié)議轉(zhuǎn)換及協(xié)議處理、路由選擇,在背板上提供8個(gè)數(shù)據(jù)端口,并為專用功能插卡提供擴(kuò)展插槽。
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針對主板設(shè)計(jì)中確定功能特點(diǎn),確定采用基于MPC860主處理器和MC68360協(xié)議處理器相結(jié)合的嵌入式開發(fā)技術(shù)方案,其中MPC860工作于主機(jī)方式,完成數(shù)據(jù)處理、協(xié)議轉(zhuǎn)換、路由選擇等功能,MC68360工作于從機(jī)方式,協(xié)助MPC860完成多路數(shù)據(jù)處理,該方案的優(yōu)點(diǎn)在于：
（1）MPC860,MC68360的4個(gè)SCC通道支持多種數(shù)據(jù)和話音通信協(xié)議,由于幀中繼協(xié)議在數(shù)據(jù)鏈路層上遵從LAPF標(biāo)準(zhǔn),而LAPF是HDLC的子集,因此該協(xié)議可以主要由其中的CPM通信處理機(jī)來完成,大大提高了協(xié)議的處理速度;
（2）可以充分發(fā)揮CPM通信處理機(jī)的優(yōu)勢,獲得很好的系統(tǒng)擴(kuò)展性,為主機(jī)配合各種擴(kuò)展插卡提供了方便,且可配置、可裁剪、便于設(shè)備維護(hù)、管理和與其他網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通;
（3）基于嵌入式Linux的并行開發(fā),可大大提高開發(fā)效率,且將設(shè)備自舉進(jìn)程和具有進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、設(shè)備模塊管理和定時(shí)器服務(wù)功能的Linux微內(nèi)核嵌入該設(shè)備、充分發(fā)揮Linux平臺資源優(yōu)勢,使系統(tǒng)具有良好的可移植性。
主機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)中采用了Xilinx公司集成度高、靈活性強(qiáng)的CPLD和FPGA器件,設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)不同需要,利用增強(qiáng)引腳鎖定功能定義引腳的輸入、輸出關(guān)系,減輕硬件調(diào)試過程中的電路協(xié)調(diào)工作量,同時(shí)增加了系統(tǒng)的保密性和干擾性。
2.2 局域網(wǎng)接口卡（PROLAN）
局域網(wǎng)接口卡主要采用DP8392C同軸電纜網(wǎng)絡(luò)接口芯片和DP83936網(wǎng)絡(luò)接口芯片完成IP業(yè)務(wù)接入處理,其控制邏輯采用CPLD器件實(shí)現(xiàn),該卡主要功能有兩個(gè)：一是支持基于SNMP的網(wǎng)絡(luò)管理,二是用于用戶IP業(yè)務(wù)的接入。
2.3 模擬話音/傳真卡（ATF）
ATF卡的核心采用了美國TI公司數(shù)字信號處理器（DSP）實(shí)現(xiàn)多種模式的話音編碼,該卡主要功能是完成模擬話音/傳真業(yè)務(wù)的接入,為支持目前通信領(lǐng)域通用的話音編碼類型,設(shè)計(jì)研制過程中綜合考慮了多種話音編碼種類,最終實(shí)現(xiàn)了對ACELP8K,ACELP4.8K,ACELP－CN,PCM64K,ADPCM32K等多種話音編碼方式的支持。
2.4 數(shù)字話音卡（DV）
DV卡話音編碼功能與ATF卡類似,其核心也采用了美國TI公司數(shù)字信號處理器（DSP）,與TAF卡不同之處在于他沒有PCM采樣處理,直接處理E1卡送來的PCM數(shù)據(jù)流,且每塊DV卡使用7片數(shù)字信號處理器,構(gòu)成主從應(yīng)用系統(tǒng),共同處理6路話音信息,其中1片為主處理器,負(fù)責(zé)與E1卡和主板之間的數(shù)據(jù)通信與交換,其余6片工作于從機(jī)方式,每片負(fù)責(zé)一路話音編碼處理,其存儲器共享雙口RAM,滿足話音信息實(shí)時(shí)處理的要求,該卡主要功能是與E1卡相配合實(shí)現(xiàn)多規(guī)程用戶業(yè)務(wù)接入設(shè)備與程控交換機(jī)的互聯(lián)。在多規(guī)程用戶業(yè)務(wù)接入設(shè)備中該卡與E1卡配套工作,1－5塊DV卡與1塊E1卡配合,可實(shí)現(xiàn)6－30路話音（E1）接入。
2.5 基群卡（E1）
E1卡是采用MC68302微處理器構(gòu)成的單片機(jī)系統(tǒng),其外圍控制電路采用了LATTICE公司的CPLD器件,達(dá)到簡化電路設(shè)計(jì),減輕調(diào)試工作量、增加保密性和抗干擾性的目的,該卡主要功能是與DV卡相互配合實(shí)現(xiàn)多規(guī)程用戶業(yè)務(wù)接入設(shè)備與程控交換機(jī)的互聯(lián),E1卡在互聯(lián)中負(fù)責(zé)時(shí)鐘同步、時(shí)隙分配、隨路信令的產(chǎn)生與處理。
3 采用的關(guān)鍵技術(shù)
3.1 嵌入式開發(fā)技術(shù)
在設(shè)備總體技術(shù)方案設(shè)計(jì)和實(shí)際開發(fā)過程中,我們確定并采用了嵌入式開發(fā)技術(shù)、設(shè)計(jì)雙處理器主從應(yīng)用系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、協(xié)議轉(zhuǎn)換、路由選擇等功能,并將自舉和具有進(jìn)程、內(nèi)存、模塊管理及定時(shí)器服務(wù)功能的Linux微內(nèi)核嵌入設(shè)備,以達(dá)到充分利用MPC860和MC68360處理器的專用通信處理功能的目的,使整機(jī)設(shè)備具備良好的可擴(kuò)展性和可移植性。采用該方式保證了設(shè)備開發(fā)周期短,很多底層協(xié)議的實(shí)現(xiàn)（如TCP/IP,HDLC,SDLC等）依托MPC860,MC68360中的功能模塊實(shí)現(xiàn)。
3.2 話音信息的壓縮編碼技術(shù)
采用數(shù)字信號處理器實(shí)現(xiàn)話音信息的壓縮編碼,在保證話音質(zhì)量的同時(shí)有效節(jié)省了話音業(yè)務(wù)占用的干線帶寬資源,提高了帶寬網(wǎng)絡(luò)的利用率,為支持目前通信領(lǐng)域通用的話音編碼類型,設(shè)計(jì)研制過程中綜合考慮了多種話音編碼種類,最終實(shí)現(xiàn)了對ACELP8K,ACELP4.8可,ACELP－CN,PCM64K,ADPCM32K等多種話音編碼方式的支持。
3.3 存儲器共享技術(shù)
采用了存儲器共享技術(shù),解決了多規(guī)程用戶業(yè)務(wù)接入設(shè)備內(nèi)部板卡之間、模塊之間、器件之間大量數(shù)據(jù)傳輸及其實(shí)時(shí)性要求。
4 軟件開發(fā)
多規(guī)程用戶業(yè)務(wù)接入設(shè)備功能復(fù)雜,涉及通信協(xié)議較多,因此需要大量的軟件編程工作,其軟件結(jié)構(gòu)圖如圖3所示,主要包括兩類軟件,一是各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件,二是核心應(yīng)用軟件。
