基于光同步數字傳送網(SDH)的多業(yè)務傳送平臺，是目前我國用于邊緣網接入、處理與傳送的行業(yè)技術標準，被稱為MSTP(Multi-service Transport Platform)。以太網數據業(yè)務的接入和會聚作為MSTP的關鍵組成部分，其處理技術正朝著進一步提高交換速度、增強封裝的靈活性、提供服務質量保證(QOS)、提升網管能力等方向不斷地發(fā)展。
　　本文介紹的EOS(Ethernet Over SDH)數據接入芯片，主要應用通用成幀規(guī)程(GFP，即Generic Framing Procedure)^[1]、虛級聯(VC，即Virtual Concatenation)^[2]、鏈路" title="鏈路">鏈路容量調整方案(LCAS，即Link Capacity Adjustment Scheme)^[3]等先進技術實現以太網數據業(yè)務到SDH網絡的接入、處理和傳送。該芯片能提供百兆以太網接入、四路虛級聯組(VCG)^[2]的VC和STM-1的SDH端口；上層以太網的業(yè)務數據包封裝為統(tǒng)一的GFP格式，適合不同的傳輸速率，保證了數據傳輸的延時和QOS，便于在SDH網中實現簡單、靈活、可擴展的數據傳輸和交換；通過LCAS技術對VC實現自適應無損動態(tài)帶寬調整；同時提供強大的網管監(jiān)控接口。該芯片可用于SDH傳輸接入設備中進行以太網的數據業(yè)務處理。
1 整體設計
1.1協議簡介
　　GFP是一種新的用于寬帶傳輸的協議標準，能更為靈活有效地映射物理層或邏輯層的數據，同時能更友好地支持QOS機制和客戶端的基本管理，非常適合把上層的數據封裝成適于SDH網傳輸的幀格式^[4]。GFP的映射機制比較簡單，因此實現的復雜度較低，能夠被廣泛地推廣與應用。
　　LCAS協議允許虛級聯的收發(fā)兩端能夠根據它們之間當前的鏈路狀態(tài)動態(tài)無損地調整連接數，進一步提高帶寬的利用率和靈活性。在虛級聯處理中，通常要預先確定傳送凈荷所需要的連接數目，這雖能滿足絕大多數的應用，但是不能實時地調整帶寬，LCAS的出現從根本上克服了這種局限^[5]。
1.2 芯片總體功能描述
　　芯片總體功能框圖如圖1所示。從百兆以太網端口一側到STM-1端口一側，數據包先進入GFP封裝模塊，封裝后的四路VCG的同步字節(jié)數據送入VC處理模塊" title="處理模塊">處理模塊，以TU-12為靜荷基本顆粒，最后交換到SDH網絡中去；反過來，來自SDH網絡中的數據按照TU-12的顆粒尺度經過指針處理后，通過VC處理模塊恢復出四路VCG的數據包，再通過GFP模塊將封裝的標簽去掉，重新獲得以太網數據。

　　GFP模塊主要完成以太網數據到SDH幀數據的GFP映射和去映射功能。在VC處理模塊中利用了LCAS技術，總共四路的VCG以VC-12為凈荷基本顆粒，吞吐量不超過一個STM-1的數據率，完成GFP數據包和SDH數據幀的交換。系統(tǒng)上層軟件可以直接通過CPU進行網絡配置與管理。外掛的大容量SSRAM存儲器處理SDH數據幀接收時各個鏈路之間的數據同步問題。芯片處理網絡延時的能力直接與存儲器的容量有關。
2 核心模塊的設計
　　VC處理模塊是該芯片的核心模塊，引入了LCAS，總體結構如圖2所示。發(fā)送路徑采用流水線機制處理GFP模塊的FIFO隊列中的數據，使得上行到SDH的數據保持連續(xù)性，其中的LCAS處理模塊采用時分復用輪轉狀態(tài)機的方法；接收路徑同樣采用時分復用的方法，按時隙交替讀寫SSRAM，完成數據的同步處理。LCAS發(fā)送/接收狀態(tài)器控制并處理發(fā)送和接收模塊" title="接收模塊">接收模塊的虛級聯鏈路的LCAS狀態(tài)。虛級聯配置器根據網管指令由CPU對發(fā)送端和接收端完成鏈路預配置。時序控制器提供各個模塊工作所需要的時序信號，如流水的開始和結束、時分復用的讀寫標志等信號。TU-12發(fā)送/接收模塊則是根據VC-12凈荷的顆粒尺度，結合LCAS狀態(tài)器提供的鏈路信息完成虛級聯功能，發(fā)送/接收SDH的STM-1數據。

2.1 發(fā)送部分
　　發(fā)送部分包括兩個模塊：TU-12發(fā)送模塊和LCAS發(fā)送狀態(tài)器。
2.1.1 TU-12發(fā)送模塊
　　如圖3所示，TU-12發(fā)送模塊可以分為寫入控制器、輸入輸出轉發(fā)模塊、讀出控制器、SDH開銷處理器、V5校驗器等部分。

　　寫入控制器根據內部時序，按照SQ到物理鏈路映射表(見LCAS發(fā)送狀態(tài)器)中的映射關系，從GFP模塊的FIFO隊列中讀取四路數據，同時在相應時隙和位置插入SDH通道開銷POH(來自SDH開銷處理器)后交給輸入輸出轉發(fā)模塊。輸入輸出轉發(fā)模塊主體采用了標準雙口RAM，工作在二乒乓模式下，存儲63路的TU-12數據。讀出控制器按照規(guī)定的時序關系，讀取RAM中的數據包，同時進行V5校驗，最后按STM-1的幀格式輸出。SDH開銷處理器負責SDH的通道開銷，由于結合了LCAS，因此開銷中需要處理LCAS控制包信息，并采用并行結構的CRC-3校驗算法。
2.1.2 LCAS發(fā)送狀態(tài)器
　　LCAS發(fā)送狀態(tài)器結構如圖4所示。接收到的LCAS控制包信息是由本芯片的接收部分處理后得到的，LCAS發(fā)送狀態(tài)機模塊需要利用其中的MST與RS_ACK信息。LCAS狀態(tài)機采用時分復用輪轉方法，在63個不同的時隙，分別對63條物理鏈路進行狀態(tài)的轉移和處理，因此在運行過程中需要存儲63條物理鏈路的狀態(tài)機信息。在輪到某一路狀態(tài)機工作時隙的時候，調入該路的LCAS狀態(tài)信息，進行狀態(tài)的轉移，并輸出相應的結果，然后把新轉移到的狀態(tài)保存起來，再在下一個時隙調入下一路的狀態(tài)信息，進行重復的工作。如此，63路的LCAS狀態(tài)周而復始重復處理。SQ到物理鏈路映射表存儲了兩者之間的映射關系，狀態(tài)機狀態(tài)存儲表存放了63路的LCAS狀態(tài)信息，LCAS控制包信息存儲表存放了狀態(tài)機處理完的結果，即LCAS控制包信息。三張表可以利用RAM實現。其中，考慮到LCAS協議的要求和時序上的限制，SQ到物理鏈路映射表需要采用三乒乓的結構；而控制包信息存儲表，則采用二乒乓的結構。

2.2 接收部分
　　接收部分包括兩個模塊：TU-12接收模塊和LCAS接收狀態(tài)器。
2.2.1 TU-12接收模塊
　　TU-12接收模塊是整個芯片設計中最復雜的子模塊，如圖5所示，該部分包括TU-12指針處理、K4同步與LCAS控制信息提取、數據提取和同步處理、SQ到物理鏈路映射表等模塊。

　　SDH的數據包經過中間網絡時為補償時鐘偏移，需要進行指針調整，因此指針處理模塊要對TU-12指針進行處理，找到數據凈荷頭的位置。
　　K4同步與LCAS控制信息提取模塊對已經過TU-12指針調整后的數據，根據K4字節(jié)的信息確認同步的鏈路；對已同步的鏈路提取LCAS控制信息，建立LCAS控制信息存儲表和SQ到物理鏈路的映射表，同時把已同步的鏈路上的數據放入到接收FIFO中。
　　接收FIFO起到導鐘的作用，隔離外部數據時鐘和內部工作時鐘。后續(xù)模塊取走數據的速度如果慢于接收數據的速度，那么會在FIFO內造成數據堆積，所以設計上要求接收FIFO深度能夠保證足夠的數據堆積容量?？梢院唵蔚貜亩逊e最大值來計算FIFO的合理深度。
　　數據提取和同步處理模塊從FIFO中取出數據，按照鏈路號放入SSRAM的對應位置中。當某個VCG的各個有效鏈路的相應數據都已經接收完畢時，則根據SQ到物理鏈路映射表中的信息，按照SQ號，依次序從SSRAM中讀出屬該VCG所有的有效鏈路上的數據，并交給下行方向的GFP接口模塊。由于SSRAM不能同時讀寫，所以該模塊的工作時序按照寫SSRAM-讀SSRAM-寫SSRAM……的循環(huán)邏輯進行，用內部時鐘計數器(一次循環(huán)為126個內部時鐘周期)來劃分具體的時序進行相應的操作。其中，讀SSRAM時序占用66個內部時鐘，最多能夠以流水線方式依次讀出63個字節(jié)數據。因為各個VCG之間以及VCG內部各個物理鏈路之間收到的數據存在不同的網絡延時，只有在收齊了在某一時刻發(fā)送端所發(fā)的屬于同一個VCG的各路數據，才能按照SQ號依次讀出。在不同的網絡延時情況下，先到的數據放入SSRAM中，等到該VCG的其它各路相應數據都到齊后才取出整個數據包。為了減少處理延時，收齊VCG中同一個復幀指示MFI^[3]中的各路相應位置的字節(jié)數據后，數據指針就應該更新到該字節(jié)的位置，然后按照SQ號把各物理鏈路的數據依次讀出。寫SSRAM時序占用60個內部時鐘，最多能夠以流水線方式依次寫入60個字節(jié)數據。流水進入的準備時序和讀寫時序示意圖如圖6所示。

2.2.2 LCAS接收狀態(tài)器
　　接收狀態(tài)器采用了時分復用輪轉方法，結構如圖7所示。從各路狀態(tài)機狀態(tài)存儲表中載入當前路的LCAS狀態(tài)，完成接收狀態(tài)分析與轉移后，再把該路新的狀態(tài)信息存入狀態(tài)機狀態(tài)存儲表中覆蓋原先的狀態(tài)信息，然后接著載入下一路的狀態(tài)信息，進行狀態(tài)分析與轉移操作。