基于MPC860的多規程用戶(hù)業(yè)務(wù)接入設備研制

多規程用戶(hù)業(yè)務(wù)接入設備（multi－protocol user traffic access device，mputad）的用途是為各類(lèi)低速用戶(hù)業(yè)務(wù)接入寬帶網(wǎng)提供接入手段。由于低速用戶(hù)業(yè)務(wù)的多樣性，包括話(huà)音業(yè)務(wù)、實(shí)時(shí)數據、非實(shí)時(shí)數據以及局域網(wǎng)業(yè)務(wù)等，因此，要求該設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)現話(huà)音、數據、局域網(wǎng)互聯(lián)等多種方式的業(yè)務(wù)接入。

在設計過(guò)程中，我們使用了motorola公司特別為電信和網(wǎng)絡(luò )市場(chǎng)設計的高性能的集成通信微處理器mpc860。該芯片采用雙處理器內核結構，一個(gè)是為高層應用服務(wù)提供高性能的通用32位處理器powerpc內核，另一個(gè)是專(zhuān)為底層通信應用服務(wù)提供專(zhuān)用risc處理器內核cpm，兩者可通過(guò)片內的雙端口內存通信，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(hù)在網(wǎng)絡(luò )和通信產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)方面提供了巨大的潛力并縮短開(kāi)發(fā)周期。

2 方案設計

如圖1所示，根據多規程用戶(hù)業(yè)務(wù)接入設備的功能確定采用主板配多種業(yè)務(wù)接入卡的模塊設計思路。

多規程用戶(hù)業(yè)務(wù)的接入設備由主板、背板、擴展插卡、控制面板、電源和機箱等幾部分組成，主板是系統核心，主要完成各種通用和專(zhuān)用通信協(xié)議的轉換及處理，路由選擇功能，設備有8個(gè)數據端口，通過(guò)端口串接實(shí)現設備級連，并為擴展插卡提供插槽；擴展插卡主要設計有局域網(wǎng)接口卡（prolan）、模擬話(huà)音/傳真卡（atf）、群路（e1）卡和數字話(huà)音卡（dv），可完成各類(lèi)通用和專(zhuān)用用戶(hù)業(yè)務(wù)的接入，各板卡的方案設計如下：

2.1 主板

主板是多規程用戶(hù)業(yè)務(wù)接入設備的核心部件，其實(shí)現原理如圖2所示，主要完成協(xié)議轉換及協(xié)議處理、路由選擇，在背板上提供8個(gè)數據端口，并為專(zhuān)用功能插卡提供擴展插槽。

針對主板設計中確定功能特點(diǎn)，確定采用基于mpc860主處理器和mc68360協(xié)議處理器相結合的嵌入式開(kāi)發(fā)技術(shù)方案，其中mpc860工作于主機方式，完成數據處理、協(xié)議轉換、路由選擇等功能，mc68360工作于從機方式，協(xié)助mpc860完成多路數據處理，該方案的優(yōu)點(diǎn)在于：

（1）mpc860，mc68360的4個(gè)scc通道支持多種數據和話(huà)音通信協(xié)議，由于幀中繼協(xié)議在數據鏈路層上遵從lapf標準，而lapf是hdlc的子集，因此該協(xié)議可以主要由其中的cpm通信處理機來(lái)完成，大大提高了協(xié)議的處理速度；

（2）可以充分發(fā)揮cpm通信處理機的優(yōu)勢，獲得很好的系統擴展性，為主機配合各種擴展插卡提供了方便，且可配置、可裁剪、便于設備維護、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(kāi)發(fā)，可大大提高開(kāi)發(fā)效率，且將設備自舉進(jìn)程和具有進(jìn)程管理、內存管理、設備模塊管理和定時(shí)器服務(wù)功能的linux微內核嵌入該設備、充分發(fā)揮linux平臺資源優(yōu)勢，使系統具有良好的可移植性。

主機外圍電路設計中采用了xilinx公司集成度高、靈活性強的cpld和fpga器件，設計時(shí)根據不同需要，利用增強引腳鎖定功能定義引腳的輸入、輸出關(guān)系，減輕硬件調試過(guò)程中的電路協(xié)調工作量，同時(shí)增加了系統的保密性和干擾性。

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，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(hù)ip業(yè)務(wù)的接入。

2.3 模擬話(huà)音/傳真卡（atf）

atf卡的核心采用了美國ti公司數字信號處理器（dsp）實(shí)現多種模式的話(huà)音編碼，該卡主要功能是完成模擬話(huà)音/傳真業(yè)務(wù)的接入，為支持目前通信領(lǐng)域通用的話(huà)音編碼類(lèi)型，設計研制過(guò)程中綜合考慮了多種話(huà)音編碼種類(lèi)，最終實(shí)現了對acelp8k，acelp4.8k，acelp－cn，pcm64k，adpcm32k等多種話(huà)音編碼方式的支持。

2.4 數字話(huà)音卡（dv）

dv卡話(huà)音編碼功能與atf卡類(lèi)似，其核心也采用了美國ti公司數字信號處理器（dsp），與taf卡不同之處在于他沒(méi)有pcm采樣處理，直接處理e1卡送來(lái)的pcm數據流，且每塊dv卡使用7片數字信號處理器，構成主從應用系統，共同處理6路話(huà)音信息，其中1片為主處理器，負責與e1卡和主板之間的數據通信與交換，其余6片工作于從機方式，每片負責一路話(huà)音編碼處理，其存儲器共享雙口ram，滿(mǎn)足話(huà)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)現多規程用戶(hù)業(yè)務(wù)接入設備與程控交換機的互聯(lián)。在多規程用戶(hù)業(yè)務(wù)接入設備中該卡與e1卡配套工作，1－5塊dv卡與1塊e1卡配合，可實(shí)現6－30路話(huà)音（e1）接入。

2.5 基群卡（e1）

e1卡是采用mc68302微處理器構成的單片機系統，其外圍控制電路采用了lattice公司的cpld器件，達到簡(jiǎn)化電路設計，減輕調試工作量、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)現多規程用戶(hù)業(yè)務(wù)接入設備與程控交換機的互聯(lián)，e1卡在互聯(lián)中負責時(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(kāi)發(fā)技術(shù)

在設備總體技術(shù)方案設計和實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中，我們確定并采用了嵌入式開(kāi)發(fā)技術(shù)、設計雙處理器主從應用系統，實(shí)現數據處理、協(xié)議轉換、路由選擇等功能，并將自舉和具有進(jìn)程、內存、模塊管理及定時(shí)器服務(wù)功能的linux微內核嵌入設備，以達到充分利用mpc860和mc68360處理器的專(zhuān)用通信處理功能的目的，使整機設備具備良好的可擴展性和可移植性。采用該方式保證了設備開(kāi)發(fā)周期短，很多底層協(xié)議的實(shí)現（如tcp/ip，hdlc，sdlc等）依托mpc860，mc68360中的功能模塊實(shí)現。

3.2 話(huà)音信息的壓縮編碼技術(shù)

采用數字信號處理器實(shí)現話(huà)音信息的壓縮編碼，在保證話(huà)音質(zhì)量的同時(shí)有效節省了話(huà)音業(yè)務(wù)占用的干線(xiàn)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(huà)音編碼類(lèi)型，設計研制過(guò)程中綜合考慮了多種話(huà)音編碼種類(lèi)，最終實(shí)現了對acelp8k，acelp4.8可，acelp－cn，pcm64k，adpcm32k等多種話(huà)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)，解決了多規程用戶(hù)業(yè)務(wù)接入設備內部板卡之間、模塊之間、器件之間大量數據傳輸及其實(shí)時(shí)性要求。

4 軟件開(kāi)發(fā)

多規程用戶(hù)業(yè)務(wù)接入設備功能復雜，涉及通信協(xié)議較多，因此需要大量的軟件編程工作，其軟件結構圖如圖3所示，主要包括兩類(lèi)軟件，一是各種設備驅動(dòng)軟件，二是核心應用軟件。

5 結語(yǔ)

本文設計的多規程用戶(hù)業(yè)務(wù)接入設備功能強大，支持話(huà)音業(yè)務(wù)、低速數據業(yè)務(wù)、ip業(yè)務(wù)的復用，數據業(yè)務(wù)兼容同步/異步，速率、接口可通過(guò)軟件配置滿(mǎn)足用戶(hù)的不同需要，干線(xiàn)協(xié)議支持幀中繼和tcp/ip，可方便接入目前已有的各類(lèi)骨干網(wǎng)，同時(shí)支持snmp，方便管理者對設備進(jìn)行遠程參數配置、管理和故障診斷，具有良好的應用前景。