Design of Optical Interface in Digital Switching System
中国人民解放军信息工程大学 汪瑾
摘 要：本文介绍了程控交换机中一种SDH光接口的设计与实现，并简要说明了设计的背景及意义。
关键词：SDH光接口；E1映射；解映射；成帧；链路交叉
引 言
随着现代电信网络的飞速发展，同步数字传输体系SDH已经成为当前电信网的主导传输机制，以SDH为承载基础的传送网也逐渐成为通信网建设的主导方向。对当前电信运营商而言，SDH设备是最根本的基础设施之一。
SDH标准的优点
SDH主要有三条特点：同步复用、标准光接口和强大的网管能力。
为了使程控交换机能够在公共传输网上传输信号，SDH光接口为此提供了一个标准的光信号，通过光纤传输，与其他终端互联，这样各个终端的协议不必统一。同时，由于光纤通信的网络容量大、速度快、性能好，其廉价的通信、优良的带宽特性正使之成为电信网的主要传输手段。
由于用一个光接口代替了大量的电接口，因而通过SDH所传输的业务信息，可以不必经过常规准同步系统所具有的一些中间背靠背电接口，而直接经光接口通过中间节点，省去了大量相关电路单元和跳线光缆，使网络可用性和误码性能都得到改善。
SDH信号结构的设计已经考虑了网络传输和交换应用的最佳性，因而在电信网的各个部分(长途、中继和接入网)中都能提供简单、经济和灵活的信号互连及管理，使得传统电信网各个部分的差别正在渐渐消失，彼此的直接连接变得十分简单和有效。
设计与实现
内置式SDH光中继接口板(以下简称SDH光接口板)为交换设备提供STM-1速率的光接口，工作于终端复用器TM模式，用作紧凑型的内置SDH光传输系统。能够灵活地上下2M业务，支持最多上下全部63个2M业务，所有业务通过8M H-MVIP(High Density Multi-Vendor Integration Protocol，多厂家集成协议)总线与系统的交换网络相连。
设计原理
设计采用了ITU-T G707标准中的子复用结构，正好实现从E1链路到STM-1帧的转换，见图1。
图1 单板采用的SDH复用结构(略)
SDH光接口板为数字中继处理机及接口板，它是下挂在主处理机下的一种子处理机，在系统中可根据网上要求配置多块，各自独立工作。
SDH光接口板单板为交换系统提供标准155M SDH光接口，并支持单板最多上下63个2M业务，提供RS232接口用于调试，提供与主处理机的共享信箱，实现主处理机与SDH光接口板处理机之间的通信。
单板在交换系统中的位置如图2所示。
图2 单板在系统中的位置(略)
如图3所示，SDH光接口板将来自于光纤的光信号经光收模块完成光/电变换后转换为155M/s的差分信号，再对输入信号进行时钟恢复和数据的提取、串/并变换、解扰码、段开销处理及B1、B2的计算，高阶通道开销处理。然后将接收信号中的VC-4净荷输出，从VC-4净荷中提取2M业务信号，进行成帧处理及2M链路的交叉调整后驱动上背板。
图3 单板的总体结构(略)
同样，来自背板的HMVIP信号经过驱动后首先进行2M链路的交叉调整,然后进行成帧处理和映射到VC-4中，加上开销字节、指针处理，由光发模进行电/光变换后发送出去。
硬件设计
SDH光接口板单板包括8个模块：CPU及控制模块，共享信箱模块，光电/电光转换模块，开销指针处理模块，E1映射、解映射、成帧及链路交叉网络模块，背板驱动电路模块，时钟模块，电源模块。
CPU及控制模块：该模块围绕CPU构成，主要功能是实现对整个单板的控制。该模块包含MC68360(高档单片机)、RS232(串口)、29F040(FLASH)、HM628512FP(RAM)、MAX3064(EPLD)、ACEXEP1K30(FPGA)、74HCT245(总线驱动器)。结构图如图4。
图4 CPU及控制模块结构(略)
共享信箱模块:该模块为单板与MP之间提供一个大小为16K的双端口RAM作为共享信箱。
光电/电光转换模块: 该模块将接收到的光信号转换为电信号送给PM5342，同时将从PM5342来的电信号转换为光信号。
开销指针处理模块: 该模块主要有STM-1的再生段开销、复用段开销、高阶通道、低阶通道开销和高阶、低阶指针。
E1映射、解映射、成帧及链路交叉网络模块: 该模块主要完成映射、解映射、成帧及链路交叉的工作，即完成完成映射/解映射的2M业务信号与背板链路之间的灵活交叉以及从一个155M的63各2M中任意选择部分2M业务上下。
背板驱动电路模块：背板驱动电路是SDH光接口板单板与04交换机的接口电路，完成背板信号与本板信号之间的隔离和驱动。
时钟模块:时钟模块主要完成为本板提供19.44M的SDH工作时钟的功能，该时钟同时就是本板光口的发送时钟。
电源模块：单板的电源来自背板的5V，而本单板上还用到了3.3V、2.5V及1.8V的芯片，所以电源模块的功能是完成5V到3.3V、2.5V及1.8V的转换。
本单板采用1个2mmA和1个2mmB插座与背板相连，背板为单板提供时序信号、控制信号、地址信号、数据信号、板位识别信号 、程序加载链路、 +5V电源及RS-232串口。单板为背板提供8Mbit/s的H-MVIP链路，A和B两路外部时标。
为了实现单板与主机之间的通信，本设计中使用了一个双端口RAM作为共享信箱。
软件设计
软件的设计采用68K系列单片机的汇编语言，主要分为两个部分：ROM程序的设计以及RAM程序的设计。
ROM程序
主要完成对CPU的初始化, 包括建立与外部通信的通道(包括串口和HDLC通道)；对外围器件的检测；RAM程序的加载。
ROM程序分为引导和调试程序，引导程序位于flash中，用于单板的上电复位。68360CPU上电时自动从0地址处取系统堆栈值SSP和PC值，完成CPU初始化、ROM、RAM、DRAM的测试及专用芯片初始化、专用芯片的测试、HDLC环回测试，并打印测试结果，完成引导功能。
程序流程图见图5。
另外，按下单板上手动ABORT按钮即可进入68K提供的编程和操作环境TUTOR，在TUTOR下可实现监控/调试，汇编/反汇编，程序输入，I/O控制等功能。单板调试程序起始地址是$40000，在TUTOR下输入 G 40000可进入调试程序。
单板调试程序为单板在生产中提供工艺检测方法和手段，基于人机对话模式，CPU通过串口接收键盘输入，调试程序根据键盘输入跳转到相应的流程。
程序流程图如图6。
图5 引导程序流程图(略)
RAM程序
RAM程序即运行主程序，完成对外围芯片的驱动，正确完成对主机命令的响应，如各种复位命令、数据配置命令、性能采集命令以及各种在线测试命令；实现与主机的交互；实现系统通过外接串口进行维护观察的功能；实现对各种接口的扫描，上报告警、申请封锁相应链路，统计各接口的性能指标；此外还要做运行检查。
系统进行光口配置后，就可以将单板插入指定的板位，此时单板上电、复位，进行CPU初始化，单板自检。
自检通过后，报复位正常，由主机通过HMVIP链路开始对SDH光接口板单板进行程序加载，单板通过双口RAM使用接口协议与主机进行交互式通讯，完成主机的各种命令响应，通讯的内容主要为：
图6 调试程序流程图(略)
(1)由主机下达的系统命令，SDH配置数据库等；
(2)SDH光接口板板上报给主机的命令回答，和运行状态参数。
单板加载正常后，初始化SDH数据区及ASIC，进行2M链路时隙配置。
完成初始化工作后，单板依次执行系统命令处理，维护观察，SDH、PDH接口终端扫描，和运行检查等工作。
当系统进入死循环时，由看门狗进行复位，系统再次启动。
结束语
PM8316以及PM5342等专用芯片寄存器的设置是该设计中的重点，这两个专用芯片完成了对信号的开销指针处理、映射解映射、成帧及链路交叉等具有SDH特色的重要功能；单板信号的告警性能的上报与采集也是单板软件设计中的重点，这是进行控制及维护的重要手段和依据，设计中采用了3个全局循环计数器，有1秒计数器、1分钟计数器以及15分钟计数器，不仅供本函数及其它函数使用：如为性能超限告警提供记时基准，为点亮运行灯函数提供记时基准等等。此函数做了各接口的10毫秒、1秒钟、1分钟、15分钟的性能统计，以供性能采集命令之用，以及性能超限形成相应的告警之用。
