??? 摘??要： 提出了同步流密碼機(jī)中E1接口的一種設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。介紹了低功耗單片機(jī)MSP430F149和E1接口芯片DS21348的特點(diǎn)，說(shuō)明了設(shè)計(jì)過(guò)程并給出了E1接口的硬件連接圖。為了使E1接口能夠進(jìn)行正確的數(shù)據(jù)交換和實(shí)現(xiàn)完全的數(shù)據(jù)同步，對(duì)DS21348內(nèi)部控制寄存器進(jìn)行了正確的設(shè)置。設(shè)計(jì)出的E1接口可以實(shí)現(xiàn)從物理線(xiàn)路上提取時(shí)鐘信號(hào)及數(shù)據(jù)、去抖動(dòng)處理、發(fā)送數(shù)據(jù)等功能。?
??? 關(guān)鍵詞： 同步流密碼機(jī)； E1接口； MSPF149芯片； DS21348芯片
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??? 同步流密碼機(jī)用于DDN專(zhuān)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，位于網(wǎng)絡(luò)接入路由器和同步Modem之間。通常采用對(duì)稱(chēng)加密算法對(duì)進(jìn)出的網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行加/解密處理，為用戶(hù)提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信加密保護(hù)，確保敏感數(shù)據(jù)傳輸安全。密碼機(jī)通過(guò)E1接口與網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入和輸出。本文將介紹一種采用低功耗單片機(jī)MSP430F149和E1接口芯片DS21348實(shí)現(xiàn)E1接口的方法。?
1 MSP430F149單片機(jī)簡(jiǎn)介[1]?
??? MSP430F149是具有超低功耗特點(diǎn)的16位單片機(jī)，其功耗電流已經(jīng)達(dá)到了毫安級(jí)。它具有功能強(qiáng)大的CPU內(nèi)核:16位CPU和高效的RISC指令系統(tǒng)，無(wú)外擴(kuò)的數(shù)據(jù)地址總線(xiàn)，在8 MHz時(shí)可達(dá)到125 ns的指令周期，具有16個(gè)快速響應(yīng)中斷，能及時(shí)處理各種緊急事件；豐富的片內(nèi)外圍功能模塊：12位的A/D轉(zhuǎn)換器ADC12內(nèi)包括采樣/保持功能的ADC內(nèi)核、轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)邏輯、內(nèi)部參考電平發(fā)生器、多種時(shí)鐘源、采樣及轉(zhuǎn)換時(shí)序電路；有8個(gè)外通道，4個(gè)內(nèi)通道，高達(dá)200 kb/s的采樣速率，多種采樣方式；兩路USART通信串口，可用于UART和SPI模式;片內(nèi)有精密硬件乘法器，2個(gè)16位定時(shí)器，6個(gè)并行口Pl～P6，48條I/O口線(xiàn)，具有64 KＢ的Flash，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。?
2 E1接口芯片DS21348簡(jiǎn)介[2]?
??? DS21348芯片是一種E1／T1接口可選擇的完整線(xiàn)路接口單元，完全符合最新的E1/T1接口規(guī)范，可以用于短程和長(zhǎng)程操作;其接收靈敏度能夠自動(dòng)適應(yīng)輸入信號(hào)，應(yīng)用于E1接口時(shí)，靈敏度可以通過(guò)程序控制在0～12 dB或0～43 dB范圍內(nèi)，而應(yīng)用于T1接口時(shí)，調(diào)整范圍為0～30 dB或0～36 dB。?
??? 該芯片能夠產(chǎn)生符合G.703協(xié)議、阻抗為75 Ω或120 Ω的E1接口信號(hào)波形；也可以產(chǎn)生增益為0 dB、-7.5 dB、-15 dB和-22.5 dB并且與T1接口的DSX-1和CSU線(xiàn)路相匹配的信號(hào)。?
??? 芯片內(nèi)部還有一個(gè)主時(shí)鐘信號(hào)為2.048 MHz的抖動(dòng)抑制器，它的先進(jìn)先出深度可以選擇為32位或128位。抖動(dòng)抑制器既可以設(shè)置在數(shù)據(jù)發(fā)送端，也可以設(shè)置在數(shù)據(jù)接收端。?
??? DS21348芯片還具有數(shù)據(jù)回送和偽隨機(jī)二進(jìn)制序列(PRBS)模式的產(chǎn)生/檢測(cè)等自我診斷能力?？梢援a(chǎn)生并檢測(cè)16位的loop-up和loop-down碼。?
??? DS21348芯片有兩種控制模式:軟件模式和硬件模式。軟件模式主要由微控制器的串行或并行總線(xiàn)來(lái)控制DS21348內(nèi)部的寄存器。軟件模式又分為并行口控制模式和串口控制模式，其中并行口控制模式還分為多路傳輸總線(xiàn)和非多路傳輸總線(xiàn)模式。在硬件模式中，可以通過(guò)給管腳的邏輯狀態(tài)進(jìn)行賦值來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)DS21348芯片的功能控制。?
3? E1接口的設(shè)計(jì)?
3.1硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)?
??? 在接口的硬件設(shè)計(jì)中，MSP430F149單片機(jī)作為微控制器[3]，負(fù)責(zé)DS21348芯片內(nèi)部寄存器的設(shè)置和控制。?
DS21348芯片的BIS1管腳接地，BIS0管腳接高電平，選用非多路傳輸總線(xiàn)的并行口控制模式，其工作過(guò)程由MSP430F149單片機(jī)通過(guò)８位并行數(shù)據(jù)線(xiàn)控制。DS21348芯片與MSP430F149單片機(jī)的硬件連接圖如圖１所示。?
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??? 在非多路傳輸總線(xiàn)模式下，DS21348芯片的各引腳功能：A0～A4管腳用作地址總線(xiàn)，D0～D7管腳為數(shù)據(jù)總線(xiàn)，用來(lái)設(shè)置DS21348芯片的內(nèi)部控制寄存器。ALE管腳為地址鎖存器使能，在選用并行口控制模式的多路傳輸總線(xiàn)時(shí)，用來(lái)在時(shí)鐘上升沿分離總線(xiàn)上的信號(hào)。
為片選管腳，低電平有效，當(dāng)讀或?qū)懶酒瑑?nèi)部寄存器時(shí)，必須接低電平。
為硬件復(fù)位管腳，低電平有效，在管腳為低電平時(shí)，將使DS21348芯片復(fù)位，所有的控制位將恢復(fù)為全０的默認(rèn)狀態(tài)。PBTS為并行總線(xiàn)類(lèi)型選擇管腳，當(dāng)使用并口模式（BIS1=0）時(shí)，設(shè)置PBTS為高電平，選擇Motorola總線(xiàn)時(shí)序；設(shè)置為低電平時(shí)，選擇Intel總線(xiàn)時(shí)序。
為讀輸入信號(hào)，低電平有效。TEST為三態(tài)控制管腳，用于板級(jí)的測(cè)試。TEST設(shè)置為高電平時(shí)，所有輸入輸出管腳(包括并行控制端口)都為高阻態(tài)；設(shè)置為低電平時(shí)，選擇正常工作模式。
為寫(xiě)輸入信號(hào)，低電平有效。?
3.2模擬接口設(shè)計(jì)?
??? DS21348芯片使用一組激光微調(diào)延遲線(xiàn)路及一個(gè)精確數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生在E1線(xiàn)路上發(fā)送的信號(hào)波形。該信號(hào)波形符合最新的E1接口規(guī)范，由DS21348芯片的TTIP和TRING管腳輸出到發(fā)送線(xiàn)路上,TTIP和TRING管腳經(jīng)由一個(gè)1:2的升壓變壓器連接到E1接口的發(fā)送平衡雙絞線(xiàn)（或同軸電纜）上。?
??? DS21348芯片的RTIP和RRING管腳經(jīng)由一個(gè)1:1的變壓器連接到E1接口的接收平衡雙絞線(xiàn)（或同軸電纜）上[4]，線(xiàn)路上的信號(hào)經(jīng)過(guò)RTIP和RRING管腳輸入DS21348芯片的數(shù)字時(shí)鐘恢復(fù)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)的提取。當(dāng)RTIP和RRING管腳上沒(méi)有信號(hào)輸入時(shí)，將發(fā)生載波損失的情況，RCL管腳將輸出高電平。?
??? 模擬接口的電路連接圖如圖２所示。?
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??? 圖2中，電源+VDD的電壓為3.3 V,電阻Rt用來(lái)增加發(fā)射機(jī)的回波損耗，其阻值為0 Ω。電阻Rr用于調(diào)節(jié)接收線(xiàn)路上的阻抗匹配。在此，由于采用內(nèi)部接收終端，Rr的阻值必須為60 Ω。發(fā)送端變壓器為1:2的升壓變壓器，接收端為1:1的變壓器。MCLK為主時(shí)鐘信號(hào)，由1個(gè)2.048 MHz的TTL電平的時(shí)鐘源提供，用于芯片內(nèi)部時(shí)鐘/數(shù)據(jù)的恢復(fù)和抖動(dòng)抑制。?
4 DS21348的初始化?
??? E1接口在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，必須對(duì)DS21348芯片進(jìn)行初始化。DS21348芯片的初始化過(guò)程由MSP430F149單片機(jī)通過(guò)地址總線(xiàn)A0～A4和數(shù)據(jù)總線(xiàn)D0～D7對(duì)DS21348芯片的內(nèi)部寄存器賦值來(lái)實(shí)現(xiàn)。寄存器的具體設(shè)置如表1所示[1]。?
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??? 本文主要介紹了同步流密碼機(jī)中E1接口的實(shí)現(xiàn)方案、硬件連接和E1接口芯片DS21348。為使E1接口能夠進(jìn)行正確的數(shù)據(jù)交換和完全的數(shù)據(jù)同步，對(duì)DS21348芯片內(nèi)部控制寄存器進(jìn)行了正確的設(shè)置。經(jīng)測(cè)試，該E1接口可以實(shí)現(xiàn)從物理線(xiàn)路上提取時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)、去抖動(dòng)處理、發(fā)送數(shù)據(jù)等功能，可以完成數(shù)據(jù)的收發(fā)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。?
參考文獻(xiàn)?
[1] 胡大可. MSP430系列Flash型超低功耗16位單片機(jī).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.?
[2] DS21348/DS21Q348 3.3V E1/T1/J1 line interface.http://www.maxim-ic.com, 2007.?
[3] MSP430x1xx user’s guide. www.ti.com. 2006.?
[4] Application note 324: T1/E1 network interface design.http://www.maxim-ic.com, 2001.