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SDH指針下泄專(zhuān)用集成電路MXTULPx8-5的設計和應用
摘要：發(fā)展同步數字序列（SDH）技術(shù)必須依賴(lài)專(zhuān)用集成電路。介紹了清華大學(xué)自主研制和開(kāi)發(fā)的SDH指針下泄專(zhuān)用集成電路MXTULPx8-5的特性。這一芯片能夠通過(guò)處理低階支路（TU3、TU12、TU11）的指針，來(lái)補償輸入和輸出高階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。還介紹了芯片設計時(shí)所使用的電路時(shí)分復用技術(shù)，分析了支路彈性存儲器的容量，給出了應用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90年代出現以來(lái)，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在我國雖然在開(kāi)發(fā)研制SDH的通信設備方面取得了很大的成績(jì)，但是國內廠(chǎng)家SDH設備的關(guān)鍵核心芯片大多數是進(jìn)口的。而從長(cháng)遠的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，SOC片上系統是通信設備發(fā)展的趨勢。因此提高ASIC設計的水平，開(kāi)始具有自主知識產(chǎn)權的通信專(zhuān)用集成電路，對降低通信設備的成本、提高國家通信產(chǎn)業(yè)的整體競爭能力都具有深遠的影響。
為了滿(mǎn)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(kāi)發(fā)了一系列具有自主知識產(chǎn)權的大規模通信專(zhuān)用集成電路。其中MXTULPx8-5是最新開(kāi)發(fā)的一種SDH指針下泄專(zhuān)用集成電路，能夠廣泛地應用在SDH的網(wǎng)絡(luò )設備中，具有很好的應用前景。
1 MXTULPx8-5芯片特性
當前，PMC-Sierra公司開(kāi)發(fā)的PM5362和PC5363芯片是一種比較常見(jiàn)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的數據流。它們被廣泛地應用于國產(chǎn)的SDH交叉連接的設備中。而清華大學(xué)電子工程系獨立開(kāi)發(fā)的SDH指針下泄處理芯片MXTULPx8-5，能夠對齊八路STM-1或兩路STM-4的數據流中的支路單元，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備的成本和尺寸。
SDH指針下泄芯片MXTULPx8-5是一個(gè)用來(lái)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℃），規模為150萬(wàn)門(mén)。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的字節串行流中的8個(gè)AU4管理單元中的支路凈荷，轉移到相應輸出的支路單元中。
·通過(guò)處理低階段支路（TU3、TU12或TU11）的指針，來(lái)補償輸入和輸出高階AU4管理單元同步凈荷封裝幀速率間的準同步關(guān)系。
·在TUG3基礎上可以配置成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新數據標識。
·檢測每一支路的LOP指針丟失、AIS通道告警指示、支路指針正負調整和支路彈性存儲上溢下溢錯誤的狀態(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立配置成77.76MHz的STM-4字節接口模式、19.44MHz的STM-1字節接口模式或38.88MHz的STM-1半字節接口模式。
·提供一個(gè)通用的8比特微處理器總線(xiàn)接口來(lái)對芯片進(jìn)行配置、控制和狀態(tài)監控。
2 MXTULPx8-5芯片結構
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。當輸入接口為STM-4字節接口模式時(shí)，輸入的2路STM-4數據流被分成8個(gè)STM-1數據流，并被獨立地輸入到8個(gè)VC4處理器中。當輸出接口為STM-4接口模式時(shí)，處理過(guò)的8路STM-1數據流被合并成2路STM-4數據流輸出。MCU接口模塊提供了一個(gè)通用的8比特微處理器總線(xiàn)接口來(lái)對芯片進(jìn)行配置、操作和狀態(tài)監控。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數據流，它包括輸入解復用器、輸出復用器和3個(gè)TUG3處理器。輸入解復用器將輸入的STM-1數據流分發(fā)給三個(gè)TUG3支路凈荷處理器、輸出復用器將三個(gè)處理過(guò)的TUG3數據流合并在一起，形成一個(gè)VC4的數據流輸出。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(guò)指針解釋和指針調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的規定，低階虛容器在復用到STM-x幀結構之前，都應當選被映射到相應的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(shuō)，在SDH幀結構中低階虛容器和TU是一一對應的。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。因為不同大小的TU都可以在SDH數據幀中占據固定的例，因此可以用簡(jiǎn)單的列交換方法來(lái)實(shí)現TU的交叉連接。如果想將輸入的TU交叉連接在輸出的STM-1數據流上，可以通過(guò)設置交換矩陣將特定的TU支路單元占據的列轉移到輸出流中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幀中占據固定的列。按照ITU-T建議規定，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數據流在被送到交叉連接矩陣之前，必須經(jīng)過(guò)預處理使它們符合交換。通過(guò)處理SDH支路單元TU指針可將高階虛容器同STM-1的幀嚴格對齊，從而保證高階虛容器中封裝的TU支路單元在處理過(guò)的STM-1幀中占據固定的列，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管理單元的指針調整事件被吸收到低價(jià)TU支路單元的指針調整事件中，從而消除了高階虛容器同STM-1幀之間的準同步關(guān)系，保證了兩者之間嚴格的頻率和相位同步。這種方法通常被稱(chēng)為“指針下泄”。
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