sdh数字交叉连接系统的设计与asic实现

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维普资讯http://www.cqvip.com倔国髓亚心¨SDH数字交叉连接系统的设计与ASIC实现常立立，李惠军，孔庆涛，邓晓飞(山东大学信息科学与工程学院，济南250100)摘要：基于同步数字交叉连接系统(SDXC)的基本原理及技术关键，分析、讨论了系统的技术细节及技术指标。在提出设计方案的基础上，重点对SDXC系统的核心单元——数字交叉连接矩阵模块，使用VCS和Deslgrr_viSion(SynopsysInc．)等设计工具进行了系统级描述及综合、验证。其结果满足了SDXC系统的设计需求。关键词：光纤通信；终端设备；同步数字体系；数字交叉连接中图分类号：TN914．332文献标识码：A文章编码：1002—5561(2008)03—0049—04ThedesignandASICrealizationofSDHdigitalcross-connectsystemCHANGLi—li,LIHui-jun，KongQing-tao，DENGX／ao—fei(SchoolofInformationScienceandEngineering，ShandongUniversity，Jinan250100，China)Abstract：BaseontheprincipleoftheSDXCandthekeytechnology，analyzedanddiscussedthetechnologydetailsandthedemandoftheSDXCsystem．Firstly，uponthebasisofpresentingthemethodforimplementingthedesign，emphasizedontheSDXCmatrixmoduledesign，whichisthecorecelloftheSDXCsystem，Sec—ondlyverifiedandsynthesizedthemodulebyVCSandDesignCompiler．Finally,thedesignwasprovedsucessfullytomeetthesystemdemand．Keywords：opticcommunication：terminalunit；SDH；SDXC：ASIC1引言2SDH基本原理随着电信技术的飞速发展．大容量光纤数字通信2．1STM一1帧结构传输系统的采用．以及各种新型业务的引入，使得通信如图l所示．国际电联在ITU—TG．707中．对网络日趋复杂。为了有效地保护和管理通信网络．便于STM—l信号的帧结构作了规定。规定STM—l帧由9行控制和分配网络带宽资源．及时为各种不同的用户提270列的数据块构成。传输时按由左到右、由上到下的供高可靠、低成本和灵活多样的服务，必须使通信网络顺序排成串行码流依次传输，帧周期为125txs其中每具有更高的智能化而数字交叉连接设备SDXC作为一行包含9个开销字节和261个净负荷字节开销区一种新颖的程控数字交换技术，作为SDH传输网中的域又分为段开销区(SOH)和管理单元指针区SOH主网络单元fNE)，很好地满足了现代光通信的要求．得到要包含帧的配置、操作及管理信息。指针用来指示数据了电信业普遍的重视，并得以快速的发展一⋯一●9■●261■数字交叉连接设备是具有一个或多个ITU—T建f议G702(准同步数字体系1或G707(H步数字体系1定义再生段开销的信号速率端口、可以在任何端口信号速率与其它端指针口信号速率问实现可控连接和再连接的设备。f净负荷收稿日期：2007一l1—26l复用段开销作者简介：常立立(1975一)，女，硕士研究生，主要研究方向为光通信终端专用集成电路芯片的设计与实现。图1STM一1帧结构示意图一2008I31纠镪}努携如l}‘￡ 维普资讯http://www.cqvip.com岛国翰常立．：sI)H数宁交连接系统的没¨I、sI(_¨STMl1日卜三AUGhL_IAu-4VC—4务在同一网络内时隙对称如果业务信号不需上下支]翌路信号而仅仅需要交换业务时隙．那么只需将业务信TUG一3嚣号在第一级交叉矩阵进行交叉连接．而在第二级交叉TU—i2矩阵直通即可。另外．业务信号在经过VC一4交叉矩阵和VC一12交叉矩阵时．根据业务需要可以仅仅选择定位VC一4交叉矩阵或者VC一12交叉矩阵进行交叉连接．图2-STM-1中TU-12的复用过程也可以选择两者共同进行交叉连接在净负荷区的实际起始点净负荷区包含数据通道的◆帧定位模块主要作用是将来自群路接口和支数据以及低阶信号在向高阶信号复用时所加入的通道路接口的多路VC一4信号按照统一的复帧指示信号和开销。帧定位信号进行指针吸收处理和重新组帧．使得各帧2．2STM一1的复用结构保持帧对齐，输出至交又矩阵进行交叉连接。如图2所示．首先准同步信号E1进入容器C一12．◆VC-4／VC-12交叉矩阵将来自不同方向的重新再经过码速调整被映霉射进虚容器VC一12．最后经指针定位后的多路VC一4信号在交叉连接矩阵内部进行列调整被适配到支路单元TU一12中．由TU一12开始实交换，交换粒度可以为VC一12。VC一2．VC一3，也可以是整个独立的VC一4现低阶信号向高阶信号的复用。3个TU一12的时隙数据通过字节间插复用成1个支路单元组TUG一2：7个◆监控电路(MCU)模块主要完成对交叉矩阵进行TUG一2通过7个字节的字节间插复用成1个更大的初始化配置：与上级监控模块MCP进行通信．接受上支路单元组TUG一3：同样．3个TUG一3通过3字节的级网管的配置、采集和控制命令，完成向上告警及对性间插复用进入虚容器VC一4．然后再经指针调整被适能的监视等等配进管理单元AU4及管理单元组AUG，加上开销部分即构成SDH的STM一1帧3交叉连接矩阵的设计2．3SDH交叉连接系统在整个交叉连接系统中．交叉连接矩阵是最核心交叉连接系统介于群路接口和支路接口之间．其的模块．VC一12交叉连接矩阵的交换颗粒为VC一12，主要作用是对群路接口和支路接口输出的VC一4信VC一2和VC一3．采用平方矩阵，基本交换单元是2x2，号．先进行帧定位和帧重构，然后进行无阻塞交叉连属于一级时分交换网络而VC一4交叉连接矩阵的交接，包括群路到群路、群路到支路、支路到群路的全方换颗粒为整个VC一4．是对整个VC一4进行独立的交叉位全时隙交叉连接．并将交叉连接后的VC一4信号送连接．采用一级空分交换网络。’至指定的接口．同时进行线路的通道保护和复用段保3．1VC一4交叉连接矩阵的设计护如图3所示．交叉连接系统主要功能模块有：帧定VC一4交叉连接矩阵为一级空分交换网络．用来位模块、两级VC一12交叉矩阵、两级VC一4交叉矩阵、完成不同VC一4信号线之间的交换功能．每一条vC-4延时网络及上下电路模块和监控电路(MCU)模块。信号线都被看作一个独立的整体进行交换，而不改变交叉连接系统的功能结构中分别包含了两级其时隙位置。vC-4交叉矩阵和两级VC一12交叉矩阵。这是依据实3．1．1组成结构际应用中的业务需要所设计的。业务信号在第一级交VC一4交叉连接矩阵由电子交叉矩阵和控制存储叉矩阵进行交叉连接和上下支路信号后，再经第二级器fCM1组成，如图4所示。交叉矩阵进行交叉连接以实现时隙恢复处理，保证业234醒(a)输入控制方式(b)输出控制方式图44x4VC一4交叉连接矩阵 维普资讯http://www.cqvip.com(露蕊嚣-、，、，．。；SI}1t数疋i砭五巯j]0I；f、、I‘j微处理嚣控制器图62x2基本交叉连接单76的结构4数据信息．并用控制读出的方法来实现时隙的交叉连接。因此，2x2基本交叉连接单元主要由数据存储器和控制存储器构成数据存储器和控制存储器则采用图54x4交叉连接矩阵的电路构成随机读写存储器(RAM)构成。3．1．2电路实现图6为交换单元的结构框图每个交换单元包含在电路实现上．如图5所示．VC一4交叉连接矩阵一对数据存储器。一个连接存储器、一个输出复用器以的交叉点开关由多路选择器组成的．其控制信号来源及一个时序发生器于控制存储器(1)数据存储器在每一个交换帧周期中，输入4x4交叉连接矩阵采用4片4选1的选择器芯sTM一1码流数据在时序发生器产生的写地址的控制片。各负责一条输出复用线。每片选择器的4条输人线下，按顺序写入数据存储器。同时按照连接存储器提供按输入编号复接起来．形成4条输入复用线。4个控制的地址表．将上一个交换帧所写入的STM一1码流数据存储器对应4条出线．每个控制存储器内存储2位人从数据存储器中读出来。这两页RAM的读、写操作将线地址．并输出至相应选择器作为控制信号。由选择器在每个交换帧的边界翻转每个交换单元所包含的两的选通端决定选择器是否工作个数据存储器，分别对应于交换单元的两条输入总线。3．1．3工作原理(2)连接存储器该存储器由双口RAM构成。在每在图4(a1中．第1个控制存储器由MCU处理机控一个交换帧周期．交换信息在时序发生器产生的读地制写入了2．表示应将第1条人线与第2条出线接通。址的控制下．被顺序地由连接存储器中读出来．作为数也就是第1条人线与第2条出线的交叉点应该接通据存储器的读地址和输出复用器的控制信息通过一在图4(b1中。如果仍然要使第1条人线与第2条出线条共同的总线接口可读写连接存储器．因此连接存储接通．应由MCU处理机在第2个控制存储器中写人器具有可编程性通过编程即可对数据存储器和输出号码1．控制第1条人线与第2条出线的交叉点接通复用器的交叉动作进行配置．这种配置以时隙为单位输出控制方式优点：某一条输入线的内容可以同(3)输出复用器输出复用器的功能是选择交换单时在几条输出线上输出，即具有同发和广播功能。而在元输出时隙的数据源(输入A、输入B)。输出复用器由输入控制方式时．若在多个控制存储器的相同单元写选择逻辑构成，这些逻辑由连接存储器控制．因此也是入相同的内容．只会造成重接或出线冲突可编程的。3．2VC一12交叉连接矩阵的设计(4)时序发生器时序发生器有帧计数器和时钟分VC一12交叉连接矩阵采用平方矩阵．其基本交叉频器组成。所需的各种不同时钟通过时序发生器发送连接单元是2x2．可以实现两路不同VC一4信号之间的到交换单元。帧计数器用来确定帧边界连接存储器和时隙交换功能。交换颗粒可为VC一12。VC一2和VC一3数据存储器都在时序发生器控制下实现读写功能SDH基本复用映射结构中，VC一12、VC一2、VC一33．2．2基本原理总是处于净负荷帧中特定的列数．因而对VC实施交基本交叉连接单元采用输出控制方式．即数据存又连接只需对特定的列进行交换即可储器的写入是由时隙计数器按顺序进行．而读出则要3-2_12x2基本交叉连接单元的结构受到控制存储器的控制。由控制存储器提供读地址控2x2基本交叉连接单元采用缓冲存储器暂存VC一制存储器只有一种工作方式．它所提供的读地址是由 维普资讯http://www.cqvip.com国豳常立立．等：SDH数字交叉连接系统的设计ASIC实现MCU处理机控制写入，按顺序读出的。例如，当要将入线2第1个VC一12交叉连接到出线1第63个VC—l2。前面已经说明。就需将入线2第1个VC一12所对应的4列交叉连接到出线1第63个VC—l2所对应的4列。即入线2第l9列交叉连接到出线1第8l列．入线2第82列交叉连接到出线1第144列．入线2第145列交叉连接到出线1第207列．入线2第208列图72~2交叉连接矩阵逻辑仿真波形图交叉连接到出线1第270列由于出线1只对应第一组数据存储器和控制存储器，所以只考虑修改第一组存储器中的控制存储器由MCU监控电路对控制存储器非激活页中写入控制信息。第8l时隙写入l9和比特‘1’f比特‘1’用以控制输图84~4单个时分交换单兀的仿翼波形图出总线选择，表示选择来自入线2的信号．‘0’表示选仿真过程将依次输入的0269输入数据的时隙进行择来自入线l1。第144时隙写入82和比特‘1’．第207交换。首先输出偶数时隙的数据．后半帧输出奇数时隙时隙写入145和比特‘1’．第270时隙写入208和比特的数据。当然。还可以进行一帧内的任意时隙交换‘1’。在控制信息写完之后，将非激活页与激活页交换，从波形图的输出结果来看．此设计在功能与时序上是交叉连接单元就可以按照要求进行交叉连接．即将入完全符合要求的线2的第1个VC一12交叉连接到出线1的第63个验证通过之后．需将这些模块进行综合．以得到VC一12。门级网表进行输出通过采用Synopsys公司的De—3．2．3时延与容量sign—vision工具对该设计进行综合．可以得到正确的由2x2交叉连接单元进行时隙交换的基本原理门级网表知。在帧时隙交换过程中．数据按连续地址写进其中一页数据存储器。而依据控制存储器激活页提供的地址4结束语从另一页数据存储器读出数据。在每一帧的边界处f每SDXC综合了交换、复用、保护／恢复、监控及网络270字节1。两页数据存储器的功能将相互交换。因此。管理等多功能交叉连接能力是SDXC系统的一项至数据信号在交叉连接单元中至少会产生270时隙的存关重要的功能指标．而交叉连接能力的强弱又完全依储器延时。相当于STM—l帧结构的一行。赖于交叉连接超大规模集成电路的能力随着VLSI2x2基本交叉连接单元的交叉连接容量等于数据和CPLD技术的快速发展．大容量的交叉连接超大规存储器的容量或者控制存储器的容量，也即等于输入模集成电路已经被研制出来，并得到广泛的应用。本设线上的时隙数．如以VC一计算为2X2，以VC～12计算计重点对SDXC系统的核心单元——数字交叉连接矩则应为126×126。这里交叉连接容量都是以VC～4来阵模块．使用VCS及Design—vision(SynopsysInc．)等计算的。设计工具进行了系统级描述及综合、验证。满足了由个2x2交叉连接单元可以组成大容量的交SDXC系统的设计需求。叉连接网络2Nx2N。但值得注意的是，随着N的增加，交叉连接网络的延时也将相应的有所增加。参考文献：3．2．4设计与实现[1】ITU—TG，783关于SDH设备功能模块特征的建~3qs]，2004．由于本交叉连接矩阵的设计是基于ASIC的设[2】ITU—TG，707fY，1322关于SDH网络节点接口的建~3qs]，2003[3】史国炜，陈明，同步数字体制(SDH)数字交叉连接(SDXC)矩阵的设计。分模块建模之后，用VerilogHDL语言对各模块进计原理【JJ．电子技术应用，2001，27(1)：53—55，行RTL描述．然后进行功能验证。以确保设计的功能[4]徐涛，王志功．SDH系统中支路单元交叉连接器(TUDX)的设计【C】．中正确性现采用Synopsys公司的VCS仿真系统进行仿国第十八届电路与系统学术年会，2004．208—212．真验证．图7是整个2x2交叉连接矩阵设计的仿真波[5]MichaelD．Ciletti．VerilogHDL高级数字设计[M】．北京：电子工业出版形图图8是其中一个时分交换单元的仿真波形图。该社．2005．第三版．②宽魏镭臻粕2008年笫3期