Design of Optical Interface in Digital Switching System
中國人民解放軍信息工程大學 汪瑾
摘 要：本文介紹了程控交換機中一種SDH光接口的設計與實現，并簡要說明了設計的背景及意義。
關鍵詞：SDH光接口；E1映射；解映射；成幀；鏈路交叉
引 言
隨著現代電信網絡的飛速發展，同步數字傳輸體系SDH已經成為當前電信網的主導傳輸機制，以SDH為承載基礎的傳送網也逐漸成為通信網建設的主導方向。對當前電信運營商而言，SDH設備是最根本的基礎設施之一。
SDH標準的優點
SDH主要有三條特點：同步復用、標準光接口和強大的網管能力。
為了使程控交換機能夠在公共傳輸網上傳輸信號，SDH光接口為此提供了一個標準的光信號，通過光纖傳輸，與其他終端互聯，這樣各個終端的協議不必統一。同時，由于光纖通信的網絡容量大、速度快、性能好，其廉價的通信、優良的帶寬特性正使之成為電信網的主要傳輸手段。
由于用一個光接口代替了大量的電接口，因而通過SDH所傳輸的業務信息，可以不必經過常規準同步系統所具有的一些中間背靠背電接口，而直接經光接口通過中間節點，省去了大量相關電路單元和跳線光纜，使網絡可用性和誤碼性能都得到改善。
SDH信號結構的設計已經考慮了網絡傳輸和交換應用的最佳性，因而在電信網的各個部分(長途、中繼和接入網)中都能提供簡單、經濟和靈活的信號互連及管理，使得傳統電信網各個部分的差別正在漸漸消失，彼此的直接連接變得十分簡單和有效。
設計與實現
內置式SDH光中繼接口板(以下簡稱SDH光接口板)為交換設備提供STM-1速率的光接口，工作于終端復用器TM模式，用作緊湊型的內置SDH光傳輸系統。能夠靈活地上下2M業務，支持最多上下全部63個2M業務，所有業務通過8M H-MVIP(High Density Multi-Vendor Integration Protocol，多廠家集成協議)總線與系統的交換網絡相連。
設計原理
設計采用了ITU-T G707標準中的子復用結構，正好實現從E1鏈路到STM-1幀的轉換，見圖1。
圖1 單板采用的SDH復用結構(略)
SDH光接口板為數字中繼處理機及接口板，它是下掛在主處理機下的一種子處理機，在系統中可根據網上要求配置多塊，各自獨立工作。
SDH光接口板單板為交換系統提供標準155M SDH光接口，并支持單板最多上下63個2M業務，提供RS232接口用于調試，提供與主處理機的共享信箱，實現主處理機與SDH光接口板處理機之間的通信。
單板在交換系統中的位置如圖2所示。
圖2 單板在系統中的位置(略)
如圖3所示，SDH光接口板將來自于光纖的光信號經光收模塊完成光/電變換后轉換為155M/s的差分信號，再對輸入信號進行時鐘恢復和數據的提取、串/并變換、解擾碼、段開銷處理及B1、B2的計算，高階通道開銷處理。然后將接收信號中的VC-4凈荷輸出，從VC-4凈荷中提取2M業務信號，進行成幀處理及2M鏈路的交叉調整后驅動上背板。
圖3 單板的總體結構(略)
同樣，來自背板的HMVIP信號經過驅動后首先進行2M鏈路的交叉調整,然后進行成幀處理和映射到VC-4中，加上開銷字節、指針處理，由光發模進行電/光變換后發送出去。
硬件設計
SDH光接口板單板包括8個模塊：CPU及控制模塊，共享信箱模塊，光電/電光轉換模塊，開銷指針處理模塊，E1映射、解映射、成幀及鏈路交叉網絡模塊，背板驅動電路模塊，時鐘模塊，電源模塊。
CPU及控制模塊：該模塊圍繞CPU構成，主要功能是實現對整個單板的控制。該模塊包含MC68360(高檔單片機)、RS232(串口)、29F040(FLASH)、HM628512FP(RAM)、MAX3064(EPLD)、ACEXEP1K30(FPGA)、74HCT245(總線驅動器)。結構圖如圖4。
圖4 CPU及控制模塊結構(略)
共享信箱模塊:該模塊為單板與MP之間提供一個大小為16K的雙端口RAM作為共享信箱。
光電/電光轉換模塊: 該模塊將接收到的光信號轉換為電信號送給PM5342，同時將從PM5342來的電信號轉換為光信號。
開銷指針處理模塊: 該模塊主要有STM-1的再生段開銷、復用段開銷、高階通道、低階通道開銷和高階、低階指針。
E1映射、解映射、成幀及鏈路交叉網絡模塊: 該模塊主要完成映射、解映射、成幀及鏈路交叉的工作，即完成完成映射/解映射的2M業務信號與背板鏈路之間的靈活交叉以及從一個155M的63各2M中任意選擇部分2M業務上下。
背板驅動電路模塊：背板驅動電路是SDH光接口板單板與04交換機的接口電路，完成背板信號與本板信號之間的隔離和驅動。
時鐘模塊:時鐘模塊主要完成為本板提供19.44M的SDH工作時鐘的功能，該時鐘同時就是本板光口的發送時鐘。
電源模塊：單板的電源來自背板的5V，而本單板上還用到了3.3V、2.5V及1.8V的芯片，所以電源模塊的功能是完成5V到3.3V、2.5V及1.8V的轉換。
本單板采用1個2mmA和1個2mmB插座與背板相連，背板為單板提供時序信號、控制信號、地址信號、數據信號、板位識別信號 、程序加載鏈路、 +5V電源及RS-232串口。單板為背板提供8Mbit/s的H-MVIP鏈路，A和B兩路外部時標。
為了實現單板與主機之間的通信，本設計中使用了一個雙端口RAM作為共享信箱。
軟件設計
軟件的設計采用68K系列單片機的匯編語言，主要分為兩個部分：ROM程序的設計以及RAM程序的設計。
ROM程序
主要完成對CPU的初始化, 包括建立與外部通信的通道(包括串口和HDLC通道)；對外圍器件的檢測；RAM程序的加載。
ROM程序分為引導和調試程序，引導程序位于flash中，用于單板的上電復位。68360CPU上電時自動從0地址處取系統堆棧值SSP和PC值，完成CPU初始化、ROM、RAM、DRAM的測試及專用芯片初始化、專用芯片的測試、HDLC環回測試，并打印測試結果，完成引導功能。
程序流程圖見圖5。
另外，按下單板上手動ABORT按鈕即可進入68K提供的編程和操作環境TUTOR，在TUTOR下可實現監控/調試，匯編/反匯編，程序輸入，I/O控制等功能。單板調試程序起始地址是$40000，在TUTOR下輸入 G 40000可進入調試程序。
單板調試程序為單板在生產中提供工藝檢測方法和手段，基于人機對話模式，CPU通過串口接收鍵盤輸入，調試程序根據鍵盤輸入跳轉到相應的流程。
程序流程圖如圖6。
圖5 引導程序流程圖(略)
RAM程序
RAM程序即運行主程序，完成對外圍芯片的驅動，正確完成對主機命令的響應，如各種復位命令、數據配置命令、性能采集命令以及各種在線測試命令；實現與主機的交互；實現系統通過外接串口進行維護觀察的功能；實現對各種接口的掃描，上報告警、申請封鎖相應鏈路，統計各接口的性能指標；此外還要做運行檢查。
系統進行光口配置后，就可以將單板插入指定的板位，此時單板上電、復位，進行CPU初始化，單板自檢。
自檢通過后，報復位正常，由主機通過HMVIP鏈路開始對SDH光接口板單板進行程序加載，單板通過雙口RAM使用接口協議與主機進行交互式通訊，完成主機的各種命令響應，通訊的內容主要為：
圖6 調試程序流程圖(略)
(1)由主機下達的系統命令，SDH配置數據庫等；
(2)SDH光接口板板上報給主機的命令回答，和運行狀態參數。
單板加載正常后，初始化SDH數據區及ASIC，進行2M鏈路時隙配置。
完成初始化工作后，單板依次執行系統命令處理，維護觀察，SDH、PDH接口終端掃描，和運行檢查等工作。
當系統進入死循環時，由看門狗進行復位，系統再次啟動。
結束語
PM8316以及PM5342等專用芯片寄存器的設置是該設計中的重點，這兩個專用芯片完成了對信號的開銷指針處理、映射解映射、成幀及鏈路交叉等具有SDH特色的重要功能；單板信號的告警性能的上報與采集也是單板軟件設計中的重點，這是進行控制及維護的重要手段和依據，設計中采用了3個全局循環計數器，有1秒計數器、1分鐘計數器以及15分鐘計數器，不僅供本函數及其它函數使用：如為性能超限告警提供記時基準，為點亮運行燈函數提供記時基準等等。此函數做了各接口的10毫秒、1秒鐘、1分鐘、15分鐘的性能統計，以供性能采集命令之用，以及性能超限形成相應的告警之用。
