摘  要: 介绍了SDH净荷提取/定位处理芯片PM5313的主要功能特性、内部结构以及使用中的注意事项,并通过一个实际的净荷处理系统" title="处理系统">处理系统接口的例子阐述其应用。

　　关键词: SDH  PM5313  净荷

　　数字同步系列SDH作为新一代的传输体制和标准,经过一系列的完善、发展,迄今已形成了一个完整的全球统一的数字通信标准。相对于准同步系列PDH,SDH具有组网简单经济、互连方便、管理功能强大、兼容性好等优点。因此,SDH正逐步取代PDH。

　　SDH信号以帧的形式传输,其帧结构为二维矩阵,如图1所示。

　　SDH帧是由9行270×N列字节组成的。前9×N列为开销字节和指针字节,1~3行是再生段开销(RSOH),5~9行是复用" title="复用">复用段开销(MSOH),第4行是AU指针(AUPTR)。图中右半边,也就是从10×N列到270×N列为净荷(PAYLOAD)区,其中包括了通道开销。N是SDH信号的速率等级,最基本的等级是STM-1信号,往上依次为STM-4、STM-16、STM-64等信号。PM5313是专门处理STM-4信号的芯片,其速率为622.08Mbit/s。

1 622Mbit/s SDH净荷提取/定位芯片PM5313

1.1 PM5313的主要特性

　　·兼容STS-12(STM-4/AU3或STM-4/AU4)或STS-12c(STM-4/AU4-4c)等多种信号,线路端提供串行和并行两种接口,串行速率为622.08Mbit/s,并行速率为77.76Mbit/s。

　　·提供完整的时钟、数据恢复和时钟综合,直接从接收到的信号中提取时钟信息。当外部时钟性能较好时,可将时钟恢复功能屏蔽,直接使用外部时钟源。

　　·完全终结SDH/SONET的再生段开销、复用段开销和通道开销。提供三种信号通道:12个STS-1信号通道、4个STS-3/3c(STM-1/AU3/AU4)信号通道和一个独立的STS-12c(STM-4/AU4-4c)信号通道。

　　·开销字节的引出和接入灵活方便,既可将全部开销字节从一个接口引出或接入,也可将每一类开销由特定的接口引出或接入;开销字节既可由芯片内部产生,也可由外部引脚接入。

　　·提供DS3映射接口。

　　·采用线路端并行收发方式,可用于OC-48设备的前端连接。

　　·提供线路环回、系统环回、测试环回等多种信号环回模式,便于对芯片进行灵活配置和故障诊断。

　　·提供IEEE 1149.1标准JTAG接口,用于边界扫描测试。提供8bit微处理器接口,用于芯片的配置、控制和状态监控。

　　·采用3.3V CMOS工艺,输入兼容TTL和PECL电平,输出为TTL电平。PECL电平兼容5V和3.3V。

1.2 PM5313的功能模块

　　PM5313的功能模块如图2所示。

　　整个模块可分为接收部分、发送部分、控制部分和系统端接口等四个主要部分。以下分别对每个部分做简要介绍。

1.2.1 接收和发送部分

　　接收部分由接收线路端接口RX Line I/F、时钟及数据恢复模块CRSI、接收端" title="接收端">接收端再生段开销处理模块" title="处理模块">处理模块RSOP、接收端复用段开销处理模块RLOP、接收端解复用模块RX_DEMUX、接收端通道处理模块RPPS组成。其中RPPS包括了接收端高阶通道开销处理RPOP、通道踪迹字节缓存SPTB、接收端TelecomBus定位校准模块RTAL、Drop Bus伪随机序列发生和监测模块DPGM以及Drop端DS3映射模块D3MD。发送部分与接收部分相似,所不同的是发送端通道处理模块中有一个发送端指针解释TPIP,同时,将解复用模块改为发送端复用模块TX_REMUX,将时钟恢复模块改为时钟综合模块CSPI。

1.2.2 控制部分

　　控制部分主要由一个8位的微处理器接口组成。该接口兼容Intel和Motorola总线模式,14位寻址,内部寄存器资源丰富。

1.2.3 系统端接口

　　系统端接口由Telecom Bus总线接口和串行DS3接口组成。其中,Telecom Bus总线接口分为Drop Bus和Add Bus。Drop Bus将接收到SDH信号的净荷输出,由时钟DCK控制;Add Bus将外部提供的数据作为净荷接入,由时钟ACK控制。Telecom Bus总线提供两种方式:第一种方式输入输出为4路19.44Mbit/s信号;第二种方式输入输出为1路77.76Mbit/s信号。两种方式的选择可通过设置内部寄存器来实现。Telecom Bus总线还提供了一些辅助信号,包括净荷指示信号(DPL[4:1]、APL[4:1])、复合时序信号(DC1J1V1[4:1]、AC1J1V1[4:1])、净荷奇偶校验信号(DDP[4:1]、ADP[4:1])等,用以方便净荷数据的输入输出。

1.3 PM5313的工作时序

　　要想正确使用PM5313,必须了解它的工作时序。下面对它的比较重要的一些工作时序做简要的介绍。

1.3.1 段开销提取和接入的时序

　　段开销的提取和接入时序十分相似,现以接入时序为例说明段开销接入时序。

　　段开销接入时序如图3所示。图中,TTOH是20.736MHz的串行比特流,SDH帧信号中的再生段开销、复用段开销以及AU指针都从此引脚接入;TTOHEN是段开销接入使能信号,当某一开销字节的最高比特输入时,若TTOHEN信号为高,则将输入字节接入SDH帧中,反之，则将芯片设定的默认值接入SDH帧中。TTOHCLK是一个20.736MHz的时钟,在该时钟的上升沿对TTOH和TTOHEN引脚上的信号进行采样;TTOHFP是帧头指示信号,它在TTOHCLK的下降沿更新,用来指示帧头,也就是第一个A1字节。这四个信号协同工作,共同完成段开销和AU指针的接入。

1.3.2 净荷提取和接入时序

　　净荷的提取和接入主要在系统端Telecom Bus上进行,这里以净荷的提取为例进行说明。系统端有19.44MHz和77.76MHz两种工作方式" title="工作方式">工作方式。

1.3.2.1 19.44MHz工作方式

　　STM-1/AU4净荷提取时序如图4所示。在此种工作方式下,输出是4路STM-1净荷。图中,DD[8(n-1)+7:8(n-1)](n=1，2，3，4)是4路速率为19.44Mbit/s的STM-1净荷。DPL[n]为净荷指示信号,DPL[n]为高时表示输出的是VC-4净荷,否则为段开销和AU指针。DC1J1V1[n]与DPL[n]共同指示STM识别符C1和高阶通道踪迹字节J1。DFP为帧头指示信号。DDP[n]为净荷奇偶校验。DCK输出一个19.44MHz的时钟信号,DD[8(n-1)+7:8(n-1)]、DPL[n]、DC1J1V1[n]都在DCK的上升沿更新。上述信号协同工作,配合起来完成净荷的提取工作。

1.3.2.2 77.76MHz工作方式

　　此种方式各信号引脚与前一种工作方式基本相同。不同之处在于净荷只从DD[7:0]输出,相应的各种标志信号为DPL[1]、DC1J1V1[1]、DDP[1]等,如图5所示。

2 PM5313的应用

　　PM5313功能强大,可用于SDH/SONET分插复用设备、终端复用设备、交叉连接设备、SDH/SONET测试设备以及交换机、Hub、路由器等多种设备。下面通过一个自行设计的实际的净荷处理系统接口来说明PM5313的应用。

    净荷处理系统接口框图如图6所示。图中,光模块采用武汉光通信公司的RTXM-622光收发模块。它不仅能接收622Mbit的SDH光信号并进行光电转换，使其变为电信号,输入到PM5313的串行输入端RXD+/-；同时还能把从PM5313串行输出端TXD+/-输出的电信号转变成光信号输出。此外,它还可对接收光信号的功率进行检测,若接收功率低于阈值功率,则给出光发送失效告警信号。

　　经过光电变换的STM-4信号进入PM5313的接收通道,再经过时钟和数据恢复、串/并转换、帧定位、BIP-8计算比较、解扰码后,进入段开销处理模块。段开销信号由RTOH引脚提取,送入Xilinx公司的FPGA芯片XC2S50中,经过通道开销处理、指针解释及调整、净荷定位等处理后,根据预先设置好的工作方式,净荷信号以STM-4净荷的形式由DROP总线引脚DD[7:0]输出,或者以4路STM-1净荷的形式由引脚DD[7:0]、DD[15:8]、DD[23:16]、DD[31:24]分别输出。提取出的净荷信号送入净荷处理模块,经过处理后的净荷信号也以相对应的形式由ADD总线的引脚AD[7:0]或AD[31:0]送回PM5313的发送通道。PM5313对净荷信号进行定位后送入通道开销处理模块,插入通道开销,进入段开销接入模块。根据净荷处理系统的要求,段开销的接入有两种方式:A1、A2、D1～D3、E1、E2、F1等字节应实现透明传输,因此FPGA应对这部分字节进行缓存,在发送端由TTOH引脚将存储的开销接入;与净荷有关的开销字节如B1、B2、H1、H2等，则应由PM5313根据处理后的净荷重新计算后直接接入,而不通过TTOH引脚接入。这两种接入方式是通过对TTOHEN信号的控制实现的,具体方法是使TTOHEN引脚在某些段开销字节时为低电平。开销接入完成后,再经过扰码处理、并/串转换处理等,由PM5313的串行数据输出端口TXD+/-输出到光收发模块,经过电光变换,恢复为光信号后继续在SDH网上传输。

　　整个系统由单片机统一控制。本系统中单片机采用89C52,主要完成对PM5313的初始化配置,同时通过对PM5313的中断请求信号引脚INTB的监控,及时对失光告警、失帧告警及线路告警等异常工作状态作出响应,以保证系统的正常工作。另外,该单片机还受净荷处理系统中的主机控制,通过串口与主机通信,以便主机查询并向主机报告重大异常,使净荷处理主系统作出适当处理。

　　系统的硬件设计应注意如下一些问题:

　　·芯片内部同时存在数字和模拟电路,设计PCB时应将模拟电源和数字电源分开以减少两者之间的干扰。

　　·电源去耦应严格参照芯片说明。

　　·高速信号接口RXD+/-、TXD+/-速率为622.08Mbit/s,应考虑微带传输线,并且需要端接匹配负载。

　　通过对该STM-4净荷处理系统接口电路的设计和调试可以看到,PM5313可以对STM-4信号进行时钟数据恢复、开销处理、净荷提取和接入等多种处理,工作方式多样,开销和净荷的提取和接入方便灵活,外围电路简单实用,易于控制和改进,能够很好地完成预期功能。

参考文献

1 韦乐平.光同步数字传送网(修订本).北京:人民邮电出版社,1998

2 PM5313 SPECTRA-622 SDH Payload Extractor/Aligner for 622Mbit/s Datasheet.Pmc-Sierra公司,2000

3 PM5313/PM5363 SPECTRA-622 WITH-TUPP-PLUS-622 Reference Design.Pmc-Sierra公司,1999

4 邓忠礼，赵 晖.光同步数字传输系统测试.北京:人民邮电出版社,1998