2018年03月24日 | SDH大规模专用集成电路套片在SDH系统中的应用

    同步数字序列SDH(Synchronous Digital Hierarchy)是一种全新的传输网体制，自从90年代初出现以来，SDH以其各方面的优越性迅速成为通信网络的骨干网络。目前世界各国大多以SDH作为通信的骨干网络。在我国，干线网络也基本采用了SDH网络。

    SDH系统与原有PDH(Plesinchronous Digital Hiearchy)系统相比，最突出的优点就是具有强大的网络管理能力。在SDH的帧结构的各个层次中，都提供了丰富的开销字节，以实现对不同层次信号的全面管理。

    1. SDH系统介绍

    清华大学电子工程系自主开发了SDH大规模专用集成电路套片，它包括高阶复用芯片MXH0155-2，实现从VC4信号到STM-1(Synchronous Transfer Module)信号的映射和解映射功能;低阶映射芯片MXL021E1-3，实现21个2.048M的E1信号到VC4信号的映射和解映射。基于这两个芯片，可以实现一个基于双向SDH环路的ADM(ADD/DROP Multiplexer)站点，实现从STM-1信号中任意分插多个E1信号的功能。

    ADM系统以两片MXH0155-2和一片MXL021E1-3为核心芯片，包括光收发模块，155M时钟恢复和综合电路，E1信号接口处理，微处理器系统。系统结构模块如图1所示。

    在图1中，两个方向的高阶复用器分别由两片MXH0155-2实现，两个方向的数字交叉连接和映射处理器由一片MXL021E1-3实现，中间的接口连接和多路选择由一片FPGA实现。

    此ADM系统中，两片MXH0155-2和一片MXL021E1-3都提供了微处理器接口实现对芯片的配置、管理和监控，需要具有16位地址的8位微处理器。MXH0155-2工作帧频为8KHz，微处理器系统需要以8KHz时钟频率对其进行一系列管理工作，而MXL021E1-3的工作帧频为2KHz，需要以2KHz的时钟频率进行管理。MXL021E1-3还可以实现21个E1信号的分插功能，因此在2KHz的时钟频率内需要处理两个方向21路信号的管理和监控。同时，此管理系统通过串口实现与计算机的通信，可以通过计算机实现对此ADM系统的配置和管理。

    2 MCS-51系列DS80C320介绍

    单片微型计算机已经被应用到国民生产中的许多方面，例如工业控制、日用家电等等。近年来，随着单片机档次的不断提高，功能的不断完善，其应用也越来越广泛，功能越来越强大，甚至可以实现对复杂系统的管理和控制。

    按照以上要求，微处理器需要两个定时中断、一个RS232串口，同时由于需要进行监控的内容较多，需要一个高速微处理器，我们选用了Dallas公司的DS80C320做为处理器来实现对此ADM系统的管理。

    Dallas公司的80C320单片机与MCS-51的80C32系列单片机兼容，其突出特点是它的高速性能。外部振荡器可以达到33MHz，一个指令周期仅由四个振荡周期组成，因此其最高指令周期可以达到33/4=8.25Mbps。

    3 微处理器系统的硬件实现

    此微处理器的硬件系统非常简单，是单片机的最小系统，以DS80C320为核心，加上外部程序存储器(EPROM27512)、数据存储器(双口RAM)、地址锁存器(74LS373)、3-8译码器(74LS138)和RS232电平转换(MAX233)构成。此微处理器系统作为ADM系统的一部分嵌入到系统中，实现的功能包括对三片大规模集成电路的管理，与计算机的通信和数据采集工作。

    由于当DS80C320工作到33MHz时钟频率时，对外围器件要求较高，例如EPROM要求达到55ns，地址锁存等也需要采用高速F系列的74F373等。因此选用了24.576MHz的振荡器作为外部振荡器，此时可以采用常用外围器件，同时可以实现8KHz和2KHz中断的严格定时，而且经仿真和实验证明可以保证足够的处理时间要求。

    4 微处理器系统的软件构成

    此系统的软件构成由主程序和三个中断程序组成。主程序完成系统的配置工作。串口中断完成计算机对系统工作模式的修改和系统监控，两个定时中断分别以8KHz和2KHz的频率对系统进行监控和数据采集。

    2KHz定时中断的指令较多，约占了2KHz频率即500us到2/3的时间左右，为保证8KHz定时中断严格的定时关系，8KHz定时中断的优先级为1，要高于2KHz定时中断优先级，即在2KHz定时中断处理程序中，可以嵌套进行8KHz定时中断处理。

    串口中断程序，即计算机对系统进行配置和监控时，系统的定时中断可以停止，因为在系统正常工作时，无需计算机进行管理。此时一般是系统出了问题，需要人工干预，要求及时反应，所以串口中断的优先级也设置为1。由于单片机内部只有两个中断优先级，此时8KHz中断和串口优先级相同，但是串口中断可以得到及时反应。因为当串口工作在19200波特率时，串口发送或接收一个字节的时间也远大于8KHz的帧频，同时串口中断程序和计算机程序之间采用了握手控制，保证串口数据交换的正确性。

    4.1 主程序

    主程序的流程为：

    (1)芯片的初始配置，通过查表写入约400个字节的数据;

    (2)配置DS80C320，设置计数器(串口波特率定时T1，定时中断T0和T2都工作在重装载模式，保证严格的定时关系)，设置中断优先级，开启计数和中断;

    (3)永久等待。

    4.2 串口中断处理程序

    串口中断处理程序的流程图如图2所示。完成功能如下：

    (1)串口接收数据，进入中断处理程序，保存现场;

    (2)根据接收数据判断操作类型，若为读写操作，进入步骤(3)，若接收到结束符，进入步骤(4);

    (3)进行读写操作;返回步骤(2);

    (4)结束中断处理程序，返回。

    4.3 8KHz中断处理程序(T0定时中断)

    (1)进入中断处理程序，保存现场;

    (2)查询两片MXH0155-2，根据接收方向的告警信号来控制发送方向的数据，采集接收方向的告警信号写入双口RAM;

    (3)结束中断处理程序，返回。

    4.4 2KHz中断处理程序(T2时钟中断)

    (1)进入中断处理程序，保存现场，内部2000计数器加1;

    (2)查询低阶映射芯片MXL021E1-3，分别查询21路接收方向的告警信号，根据不同的告警信号对发送方向进行控制，采集21路的告警信号进行编码并写入双口RAM;

    (3)查询2000计数器，当达到2000时，计数器清零，同时对三片集成电路内部的误码秒计数器进行处理，若计数值超出预期值，则给出信号劣化告警;

    (4)结束中断处理程序，返回。

    通过对此微处理器系统的设计、仿真和实际验证，证明了一个复杂的SDH双向环路的ADM站点可以通过简单的微处理器系统实现完全的管理和监控，并为SDH大规模专用集成电路的推广应用奠定了基础