摘? 要: 介紹了PowerPC MPC860的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、主要功能和性能特性,描述了它在七號信令" title="信令">信令網(wǎng)關(guān)中的應(yīng)用,突出了其良好的性能及在七號信令" title="七號信令">七號信令網(wǎng)關(guān)中的重要地位。

　　關(guān)鍵詞: PowerPC? MPC860? 通信處理模塊? 七號信令

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1 MPC860介紹

　　MPC860是Motorola PowerPC系列CPU芯片主導(dǎo)產(chǎn)品,是互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信及控制領(lǐng)域使用較多、性能相當(dāng)優(yōu)越的嵌入式微處理器,內(nèi)部集成了微處理器和一些通信領(lǐng)域的常用外圍設(shè)備控制組件。MPC860相對先前的68K系列,性能和功能都有了大幅提高,CPU處理速度更快,通信處理能力更強(qiáng)大。

　　MPC860結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

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　　由圖1可以看出,MPC860主要可分為三部分:PowerPC處理器核、系統(tǒng)接口單元(SIU)和通信處理模塊(CPM)。

????嵌入式PowerPC內(nèi)核是主要的核心處理機(jī)單元,采用USIA(User Instruction Set Architecture)結(jié)構(gòu)和全靜態(tài)設(shè)計(jì),擁有整形單元IU(Integer Unit)和加載/存儲單元LSU(Load/Store Unit),支持32位內(nèi)/外部總線接口。它包括4KB數(shù)據(jù)和指令高速緩存;集成有存儲管理單元MMU;在50MHz時鐘輸入時擁有66MIPS的指令處理速度。

　　系統(tǒng)接口單元主要包括存儲控制、總線監(jiān)視、中斷控制、軟件看門狗、實(shí)時時鐘、復(fù)位控制、總線仲裁和JTAG調(diào)試等功能模塊。在32位系統(tǒng)總線下存儲控制器支持動態(tài)數(shù)據(jù)總線寬度,可以分別支持8、16和32位外設(shè)或存儲設(shè)備。

　　通信處理機(jī)模塊主要包括RISC處理器、四個串行通信控制器(SCC)、 兩個串行管理控制器(SMC)、一個串行外圍接口電路(SPI)、一個I²C(Inter-Integrated Circuit)接口、5KB雙端口" title="雙端口">雙端口RAM、三個并行I/O端口、四個獨(dú)立的波特率發(fā)生器以及16個支持SCC、SMC、SPI和I2C的串行DMA通道。SCC可支持以太網(wǎng)、HDLC/SDLC、HDLC總線、AppleTalk、7號信令系統(tǒng)、UART、BISYNC、透明傳輸、支持PPP的異步HDLC等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議;SMC則可支持UART和透明傳輸?shù)饶Ｊ健PM在幾個不同的通信組件如SCC和SMC上可以同時收發(fā)數(shù)據(jù),所有的通信組件可以獨(dú)立地工作。SCC和SMC的物理接口由串行接口SI(Serial Interface)實(shí)現(xiàn)。SI允許SCC和SMC有兩種外部連接方式:時分復(fù)用(TDM)接口引腳和非時分復(fù)用串行接口(NMSI)時的專用引腳。時分復(fù)用接口由MPC860的TDM引腳和時隙分配器(TSA)實(shí)現(xiàn)。MPC860提供兩個TDM接口(TDMa、TDMb),用戶可以通過編程TSA來實(shí)現(xiàn)TDM 和SCC、SMC之間的數(shù)據(jù)路由。每個通信設(shè)備都有獨(dú)立的DMA控制器,32位RISC控制這16個串行DMA在通信設(shè)備與雙端口RAM或外部SDRAM之間傳送數(shù)據(jù)。接收數(shù)據(jù)時,串行DMA從通信設(shè)備接收數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)存入雙端口RAM或外部SDRAM中;發(fā)送時順序相反,串行DMA從雙端口RAM或外部SDRAM中讀取數(shù)據(jù),由通信設(shè)備完成數(shù)據(jù)的發(fā)送。

　　MPC860采用雙處理器結(jié)構(gòu),內(nèi)部集成PowerPC Processor和CPM RISC Processor。PowerPC執(zhí)行高層代碼,完成對外設(shè)的配置;RISC用來處理通信控制中的底層通信任務(wù)。兩個處理器通過內(nèi)部的5KB雙端口RAM相互配合工作。在該存儲區(qū),每個處理器都可以根據(jù)運(yùn)行情況獨(dú)立設(shè)置控制位、讀取狀態(tài)位。由于CPM分擔(dān)了嵌入式PowerPC的外圍工作任務(wù),減少了PowerPC對底層通信任務(wù)的干預(yù),因而提高了PowerPC的工作效率。

　　由于通信處理模塊中各通信控制器支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議再加上PowerPC較快的處理速度,MPC860在許多領(lǐng)域得到了大量的應(yīng)用,尤其適用于寬帶接入設(shè)備如路由器、接入集線器、LAN/WAN交換機(jī)、PBX系統(tǒng)和STM網(wǎng)關(guān)等設(shè)計(jì)。

2 七號信令系統(tǒng)

　　七號信令系統(tǒng)是數(shù)字通信網(wǎng)中采用最多的公共信道信號技術(shù),它由消息傳遞部分(MTP)和用戶部分(UP)組成。消息傳遞部分又可分為信令數(shù)據(jù)鏈路" title="鏈路">鏈路、信令鏈路和信令網(wǎng)三部分,即通常所稱的MTP1、MTP2和MTP3;用戶部分則可分為電話用戶部分(TUP)、數(shù)據(jù)用戶部分(DUP)和ISDN用戶部分(ISDN-UP)。其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

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　　信令數(shù)據(jù)鏈路(MTP1)是指信令傳遞的物理介質(zhì),主要定義了信令數(shù)據(jù)鏈路的物理、電氣和功能特性,規(guī)定與數(shù)據(jù)鏈路的連接方式,為信令鏈路提供信息載體。信令鏈路(MTP2)規(guī)定信令消息在信令數(shù)據(jù)鏈路上傳遞的功能和程序,與信令數(shù)據(jù)鏈路一起為兩點(diǎn)間信令傳遞提供可靠的信令鏈路。信令網(wǎng)部分則規(guī)定了信令點(diǎn)之間傳遞消息的功能和程序,主要用來實(shí)現(xiàn)消息路由、消息識別、消息分配以及信令業(yè)務(wù)量管理、信令鏈路管理和信令路由管理等功能。

　　隨著七號信令的普及,七號信令的業(yè)務(wù)量不斷增加,特別是在移動信令網(wǎng)上,原有64kbps信令鏈路已經(jīng)不能完全適應(yīng)業(yè)務(wù)量增長的需求,對2Mbps高速信令鏈路的需求日益迫切。在下面的設(shè)計(jì)中,同時提供了64kbps和2Mbps兩種信令鏈路,以滿足不同業(yè)務(wù)的需求。

3 七號信令處理子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

　　七號信令處理子系統(tǒng)是七號信令網(wǎng)關(guān)的一部分,主要用來實(shí)現(xiàn)MTP中一、二級功能,同時為二、三級提供可靠的數(shù)據(jù)通路。

3.1 硬件組成

　　七號信令處理子系統(tǒng)的硬件主要由核心處理器MPC860、數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)" title="交換網(wǎng)絡(luò)">交換網(wǎng)絡(luò)(DSN)、E1接口模塊、內(nèi)存SDRAM、引導(dǎo)FLASH和HDLC控制器組成,結(jié)構(gòu)如圖3所示。

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　　E1接口模塊選用集成有E1成幀器(FRAMER)和線路接口單元(LIU)的專用E1收發(fā)器。E1收發(fā)器直接掛接到MPC860 PPC總線上,由MPC860配置。在接收方向,每4路E1復(fù)用為128通道的8.192Mbps H-MVIP(大容量多路復(fù)選綜合協(xié)議)接口數(shù)據(jù)(與H-100兼容)；發(fā)送方向相反,8.192Mbps H-MVIP分用出4路E1。線路接口單元完成數(shù)據(jù)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換,有B8ZS、HDB3和AMI三種數(shù)據(jù)編解碼方法可供選擇。

　　數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)可以采用專用的多速率交換芯片實(shí)現(xiàn)。將多條E1鏈路的任意32或64時隙交換到MPC860的串行通道SCCn(n可以為1,2,3,4中的一個或多個)上。交換芯片的配置也是由MPC860完成,根據(jù)交換配置的不同,可以實(shí)現(xiàn)64Kbps和2Mbps兩種不同的信令鏈路。

　　與數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)相連的串行通道SCCn由MPC860的QMC控制。QMC(QUICC Multichannel Controller)是QUICC多通道控制器的簡稱。每個SCC都可以工作在QMC模式下,獨(dú)立支持64條信道,并且允許將64條信道任意映射到TDM中的64個時隙。QMC同時使用TSA的兩個TDM(TDMa和TDMb),每條信道可以獨(dú)立地配置成HDLC或透明傳輸(transparent)模式。

　　HDLC控制器為MTP2與MTP3通信提供可靠的物理鏈路,每個HDLC控制器可以提供多條HDLC鏈路。HDLC控制器由MPC860通過PCI橋配置,PCI橋則由專門的橋接芯片來實(shí)現(xiàn)。橋接芯片和MPC860通過PPC總線相連(稱作Qbus),與HDLC控制器都掛接在PCI總線上。橋接芯片完成Qbus和PCI總線之間電器特性的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)傳遞以及地址和存儲空間的映射。

　　內(nèi)存(SDRAM)用來存放用戶數(shù)據(jù)和代碼,為程序運(yùn)行和保存臨時文件提供空間。由于系統(tǒng)中有不同的總線主設(shè)備要用SDRAM存儲數(shù)據(jù)和代碼,各設(shè)備并不都能提供內(nèi)部地址復(fù)用功能,所以SDRAM采用外部地址復(fù)用。可以根據(jù)實(shí)際需要采取不同大小的內(nèi)存。上電引導(dǎo)Flash用來固化上電引導(dǎo)程序、操作系統(tǒng)內(nèi)核以及用戶應(yīng)用程序。

　　為便于調(diào)試,系統(tǒng)提供RS232串口和10Mbps/100Mbps網(wǎng)口與計(jì)算機(jī)通信。串口使用MPC860的SMC1或SMC2,通過RS232收發(fā)器完成RS232電平轉(zhuǎn)換。10Mbps和100Mbps網(wǎng)口可分別采用串行通信控制器SCC和快速以太網(wǎng)控制器FEC。通過這些調(diào)試口可以完成操作系統(tǒng)內(nèi)核和應(yīng)用程序的加載,對系統(tǒng)性能和運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。

　　另外系統(tǒng)還采用MPC860的BDM(Background Debug Mode)作為系統(tǒng)的調(diào)試端口，應(yīng)用VisionCLICK或XRAY等調(diào)試軟件對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試,完成操作系統(tǒng)內(nèi)核的加載和固化等。

可編程邏輯模塊CPLD主要用來實(shí)現(xiàn):

　　(1)各模塊間時序關(guān)系的調(diào)整；

　　(2)譯碼邏輯；

　　(3)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測；

　　(4)為調(diào)試而設(shè)計(jì)的其他相關(guān)邏輯控制。

????CPLD的具體實(shí)現(xiàn)可以有多種選擇,如Xilinx的Foundation、Maxplus等。

3.2 軟件實(shí)現(xiàn)

　　針對系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì),系統(tǒng)軟件分成相應(yīng)的幾個模塊,主要包括BSP、數(shù)據(jù)鏈路初始化和MTP2，如圖4所示。

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　　(1)BSP(Board Support Packet)為Vxworks操作系統(tǒng)內(nèi)核提供基本硬件接口,完成上電后的硬件初始化,支持Vxworks與硬件驅(qū)動的通信。根據(jù)系統(tǒng)硬件的實(shí)際應(yīng)用情況,制作生成BootROM映像和Vxworks映像。其中BootROM映像完成最小的系統(tǒng)初始化,同時為裝載Vxworks映像提供環(huán)境。

　　(2)初始化模塊包括了對E1接口、數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)、HDLC控制模塊和橋接芯片的初始化,使得各模塊處于激活或工作狀態(tài)。

　　(3)MTP2一方面根據(jù)MTP3的編路功能,把要發(fā)送的信令消息發(fā)到信令數(shù)據(jù)鏈路上去,同時把接收的信令消息傳送到MTP3;另一方面,還要在信令點(diǎn)終端內(nèi)或兩個終端之間傳遞信令鏈路狀態(tài)信息及處理機(jī)狀態(tài)信息,并根據(jù)這些信息采取一定的控制處理措施。MTP2可分為鏈路狀態(tài)控制、起始定位控制、處理機(jī)故障控制、基本發(fā)送控制、基本接收控制、定位誤差率監(jiān)視、信號單元誤差率監(jiān)視和擁塞控制等模塊。

　　七號信令處理子系統(tǒng)為用戶提供了64kbps和2Mbps兩種信令鏈路,可以滿足不同的業(yè)務(wù)需求。MPC860作為主控器件,很好地完成了對各子模塊的配置和監(jiān)控,其快捷的處理速度和強(qiáng)大的通信處理能力為系統(tǒng)提供了很好的實(shí)時性。

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參考文獻(xiàn)

1 ITU-T Q.703.七號信令系統(tǒng)-信令鏈路[S]. 1993