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SDH指針下泄專用集成電路MXTULPx8-5的設(shè)計(jì)和應(yīng)用
摘要：發(fā)展同步數(shù)字序列（SDH）技術(shù)必須依賴專用集成電路。介紹了清華大學(xué)自主研制和開發(fā)的SDH指針下泄專用集成電路MXTULPx8-5的特性。這一芯片能夠通過處理低階支路（TU3、TU12、TU11）的指針，來補(bǔ)償輸入和輸出高階AU4管理單元同步凈荷封裝幀速率間的偽同步關(guān)系，從而對齊這些支路，為SDH支路單元交叉連接芯片的工作提供方便。還介紹了芯片設(shè)計(jì)時(shí)所使用的電路時(shí)分復(fù)用技術(shù)，分析了支路彈性存儲(chǔ)器的容量，給出了應(yīng)用MXTULPx8-5芯片的一個(gè)實(shí)例。作為一種全新的網(wǎng)絡(luò)傳輸體制，自從20世紀(jì)90年代出現(xiàn)以來，SDH網(wǎng)絡(luò)以其靈活性和方便性等各個(gè)方面的優(yōu)越性，迅速成為通信網(wǎng)絡(luò)的骨干網(wǎng)絡(luò)�，F(xiàn)在我國雖然在開發(fā)研制SDH的通信設(shè)備方面取得了很大的成績，但是國內(nèi)廠家SDH設(shè)備的關(guān)鍵核心芯片大多數(shù)是進(jìn)口的。而從長遠(yuǎn)的觀點(diǎn)來看，SOC片上系統(tǒng)是通信設(shè)備發(fā)展的趨勢。因此提高ASIC設(shè)計(jì)的水平，開始具有自主知識產(chǎn)權(quán)的通信專用集成電路，對降低通信設(shè)備的成本、提高國家通信產(chǎn)業(yè)的整體競爭能力都具有深遠(yuǎn)的影響。
為了滿足通信產(chǎn)業(yè)國產(chǎn)化的迫切要求，清華大學(xué)電子工程系開發(fā)了一系列具有自主知識產(chǎn)權(quán)的大規(guī)模通信專用集成電路。其中MXTULPx8-5是最新開發(fā)的一種SDH指針下泄專用集成電路，能夠廣泛地應(yīng)用在SDH的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，具有很好的應(yīng)用前景。
1 MXTULPx8-5芯片特性
當(dāng)前，PMC-Sierra公司開發(fā)的PM5362和PC5363芯片是一種比較常見的SDH支路單元凈荷處理器，能夠分別處理一路STM-1和一路STM-4的數(shù)據(jù)流。它們被廣泛地應(yīng)用于國產(chǎn)的SDH交叉連接的設(shè)備中。而清華大學(xué)電子工程系獨(dú)立開發(fā)的SDH指針下泄處理芯片MXTULPx8-5，能夠?qū)R八路STM-1或兩路STM-4的數(shù)據(jù)流中的支路單元，在功能上可以代替八片PM5362或兩片PM5362芯片。很明顯，MXTULPx8-5能夠大幅度降低交叉連接設(shè)備的成本和尺寸。
SDH指針下泄芯片MXTULPx8-5是一個(gè)用來對齊支路單元的可配置的多通道的支路凈荷處理器單元集成電路。它采用0.25μm低功耗CMOS 工藝，304管腳HQFP封裝，支持工業(yè)溫度范圍（-40℃～85℃），規(guī)模為150萬門。下面是它的一些工作特性：
·將輸入的2個(gè)STM-4或8個(gè)STM-1的字節(jié)串行流中的8個(gè)AU4管理單元中的支路凈荷，轉(zhuǎn)移到相應(yīng)輸出的支路單元中。
·通過處理低階段支路（TU3、TU12或TU11）的指針，來補(bǔ)償輸入和輸出高階AU4管理單元同步凈荷封裝幀速率間的準(zhǔn)同步關(guān)系。
·在TUG3基礎(chǔ)上可以配置成TU3、TU12、TU11支持的任何合法組合。
·在網(wǎng)管軟件的控制下可對任一支中插入全0碼、全1碼或NDF新數(shù)據(jù)標(biāo)識。
·檢測每一支路的LOP指針丟失、AIS通道告警指示、支路指針正負(fù)調(diào)整和支路彈性存儲(chǔ)上溢下溢錯(cuò)誤的狀態(tài)，并可配置在上述事件發(fā)生時(shí)產(chǎn)生中斷。
·可以將輸入和輸出接口獨(dú)立配置成77.76MHz的STM-4字節(jié)接口模式、19.44MHz的STM-1字節(jié)接口模式或38.88MHz的STM-1半字節(jié)接口模式。
·提供一個(gè)通用的8比特微處理器總線接口來對芯片進(jìn)行配置、控制和狀態(tài)監(jiān)控。
2 MXTULPx8-5芯片結(jié)構(gòu)
MXTULPx8-5芯片功能模塊框圖如圖1所示，包含有以下幾個(gè)模塊：一個(gè)輸入和輸出接口模塊，一個(gè)MCU接口模塊和JTAG測試控制器，8個(gè)VC4處理器。當(dāng)輸入接口為STM-4字節(jié)接口模式時(shí)，輸入的2路STM-4數(shù)據(jù)流被分成8個(gè)STM-1數(shù)據(jù)流，并被獨(dú)立地輸入到8個(gè)VC4處理器中。當(dāng)輸出接口為STM-4接口模式時(shí)，處理過的8路STM-1數(shù)據(jù)流被合并成2路STM-4數(shù)據(jù)流輸出。MCU接口模塊提供了一個(gè)通用的8比特微處理器總線接口來對芯片進(jìn)行配置、操作和狀態(tài)監(jiān)控。JTAG測試控制器模塊提供邊界掃描功能。每一個(gè)VC4處理器處理一路STM-1數(shù)據(jù)流，它包括輸入解復(fù)用器、輸出復(fù)用器和3個(gè)TUG3處理器。輸入解復(fù)用器將輸入的STM-1數(shù)據(jù)流分發(fā)給三個(gè)TUG3支路凈荷處理器、輸出復(fù)用器將三個(gè)處理過的TUG3數(shù)據(jù)流合并在一起，形成一個(gè)VC4的數(shù)據(jù)流輸出。每一個(gè)TUG3支路凈荷處理器，可以配置成3種工作模式：TU3模式、TU12模式和TU11模式。它通過指針解釋和指針調(diào)整操作對齊支路完成指針下泄功能。
3 核心技術(shù)
按照ITU-T建議G.707的規(guī)定，低階虛容器在復(fù)用到STM-x幀結(jié)構(gòu)之前，都應(yīng)當(dāng)選被映射到相應(yīng)的TU支路單元中。一個(gè)TU支路單元承載一個(gè)低階虛容器，也就是說，在SDH幀結(jié)構(gòu)中低階虛容器和TU是一一對應(yīng)的。因此在SDH交叉連接中TU支路單元將代替虛容器（VC）作為交換的實(shí)體。因?yàn)椴煌笮〉腡U都可以在SDH數(shù)據(jù)幀中占據(jù)固定的例，因此可以用簡單的列交換方法來實(shí)現(xiàn)TU的交叉連接。如果想將輸入的TU交叉連接在輸出的STM-1數(shù)據(jù)流上，可以通過設(shè)置交換矩陣將特定的TU支路單元占據(jù)的列轉(zhuǎn)移到輸出流中STM-1幀中的具體位置。這種列交換方法的前提就是支路單元TU在輸入STM-1幀中占據(jù)固定的列。按照ITU-T建議規(guī)定，高階虛容器由于指針的緣故相對于STM-1幀可以有微小的頻率和相位差異。這樣就要求輸入的STM-1數(shù)據(jù)流在被送到交叉連接矩陣之前，必須經(jīng)過預(yù)處理使它們符合交換。通過處理SDH支路單元TU指針可將高階虛容器同STM-1的幀嚴(yán)格對齊，從而保證高階虛容器中封裝的TU支路單元在處理過的STM-1幀中占據(jù)固定的列，為對齊后的支路單元TU進(jìn)行列交換創(chuàng)造條件。從效果上看就好像高階AU4管理單元的指針調(diào)整事件被吸收到低價(jià)TU支路單元的指針調(diào)整事件中，從而消除了高階虛容器同STM-1幀之間的準(zhǔn)同步關(guān)系，保證了兩者之間嚴(yán)格的頻率和相位同步。這種方法通常被稱為“指針下泄”。
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