基于MPC860的多規程用戶業務接入設備研制

多規程用戶業務接入設備（multi－protocol user traffic access device，mputad）的用途是為各類低速用戶業務接入寬帶網提供接入手段。由于低速用戶業務的多樣性，包括話音業務、實時數據、非實時數據以及局域網業務等，因此，要求該設備具有多種通信接口，適配多種通信協議，可接入多種網絡，并支持多種網絡間的互聯，可實現話音、數據、局域網互聯等多種方式的業務接入。

在設計過程中，我們使用了motorola公司特別為電信和網絡市場設計的高性能的集成通信微處理器mpc860。該芯片采用雙處理器內核結構，一個是為高層應用服務提供高性能的通用32位處理器powerpc內核，另一個是專為底層通信應用服務提供專用risc處理器內核cpm，兩者可通過片內的雙端口內存通信，可快速完成對通信協議的處理。cpm可同時支持3個快速的串行通信控制器（fcc）、2個多通道控制器（mcc）、4個串行通信控制器（scc），2個串行管理控制器（smc），1個串行外圍接口（spi）和1個i2c接口，大大減輕了powerpc核的外圍工作任務，為用戶在網絡和通信產品的開發方面提供了巨大的潛力并縮短開發周期。

2 方案設計

如圖1所示，根據多規程用戶業務接入設備的功能確定采用主板配多種業務接入卡的模塊設計思路。

多規程用戶業務的接入設備由主板、背板、擴展插卡、控制面板、電源和機箱等幾部分組成，主板是系統核心，主要完成各種通用和專用通信協議的轉換及處理，路由選擇功能，設備有8個數據端口，通過端口串接實現設備級連，并為擴展插卡提供插槽；擴展插卡主要設計有局域網接口卡（prolan）、模擬話音/傳真卡（atf）、群路（e1）卡和數字話音卡（dv），可完成各類通用和專用用戶業務的接入，各板卡的方案設計如下：

2.1 主板

主板是多規程用戶業務接入設備的核心部件，其實現原理如圖2所示，主要完成協議轉換及協議處理、路由選擇，在背板上提供8個數據端口，并為專用功能插卡提供擴展插槽。

針對主板設計中確定功能特點，確定采用基于mpc860主處理器和mc68360協議處理器相結合的嵌入式開發技術方案，其中mpc860工作于主機方式，完成數據處理、協議轉換、路由選擇等功能，mc68360工作于從機方式，協助mpc860完成多路數據處理，該方案的優點在于：

（1）mpc860，mc68360的4個scc通道支持多種數據和話音通信協議，由于幀中繼協議在數據鏈路層上遵從lapf標準，而lapf是hdlc的子集，因此該協議可以主要由其中的cpm通信處理機來完成，大大提高了協議的處理速度；

（2）可以充分發揮cpm通信處理機的優勢，獲得很好的系統擴展性，為主機配合各種擴展插卡提供了方便，且可配置、可裁剪、便于設備維護、管理和與其他網絡的互聯互通；

（3）基于嵌入式linux的并行開發，可大大提高開發效率，且將設備自舉進程和具有進程管理、內存管理、設備模塊管理和定時器服務功能的linux微內核嵌入該設備、充分發揮linux平臺資源優勢，使系統具有良好的可移植性。

主機外圍電路設計中采用了xilinx公司集成度高、靈活性強的cpld和fpga器件，設計時根據不同需要，利用增強引腳鎖定功能定義引腳的輸入、輸出關系，減輕硬件調試過程中的電路協調工作量，同時增加了系統的保密性和干擾性。

2.2 局域網接口卡（prolan）

局域網接口卡主要采用dp8392c同軸電纜網絡接口芯片和dp83936網絡接口芯片完成ip業務接入處理，其控制邏輯采用cpld器件實現，該卡主要功能有兩個：一是支持基于snmp的網絡管理，二是用于用戶ip業務的接入。

2.3 模擬話音/傳真卡（atf）

atf卡的核心采用了美國ti公司數字信號處理器（dsp）實現多種模式的話音編碼，該卡主要功能是完成模擬話音/傳真業務的接入，為支持目前通信領域通用的話音編碼類型，設計研制過程中綜合考慮了多種話音編碼種類，最終實現了對acelp8k，acelp4.8k，acelp－cn，pcm64k，adpcm32k等多種話音編碼方式的支持。

2.4 數字話音卡（dv）

dv卡話音編碼功能與atf卡類似，其核心也采用了美國ti公司數字信號處理器（dsp），與taf卡不同之處在于他沒有pcm采樣處理，直接處理e1卡送來的pcm數據流，且每塊dv卡使用7片數字信號處理器，構成主從應用系統，共同處理6路話音信息，其中1片為主處理器，負責與e1卡和主板之間的數據通信與交換，其余6片工作于從機方式，每片負責一路話音編碼處理，其存儲器共享雙口ram，滿足話音信息實時處理的要求，該卡主要功能是與e1卡相配合實現多規程用戶業務接入設備與程控交換機的互聯。在多規程用戶業務接入設備中該卡與e1卡配套工作，1－5塊dv卡與1塊e1卡配合，可實現6－30路話音（e1）接入。

2.5 基群卡（e1）

e1卡是采用mc68302微處理器構成的單片機系統，其外圍控制電路采用了lattice公司的cpld器件，達到簡化電路設計，減輕調試工作量、增加保密性和抗干擾性的目的，該卡主要功能是與dv卡相互配合實現多規程用戶業務接入設備與程控交換機的互聯，e1卡在互聯中負責時鐘同步、時隙分配、隨路信令的產生與處理。

3 采用的關鍵技術

3.1 嵌入式開發技術

在設備總體技術方案設計和實際開發過程中，我們確定并采用了嵌入式開發技術、設計雙處理器主從應用系統，實現數據處理、協議轉換、路由選擇等功能，并將自舉和具有進程、內存、模塊管理及定時器服務功能的linux微內核嵌入設備，以達到充分利用mpc860和mc68360處理器的專用通信處理功能的目的，使整機設備具備良好的可擴展性和可移植性。采用該方式保證了設備開發周期短，很多底層協議的實現（如tcp/ip，hdlc，sdlc等）依托mpc860，mc68360中的功能模塊實現。

3.2 話音信息的壓縮編碼技術

采用數字信號處理器實現話音信息的壓縮編碼，在保證話音質量的同時有效節省了話音業務占用的干線帶寬資源，提高了帶寬網絡的利用率，為支持目前通信領域通用的話音編碼類型，設計研制過程中綜合考慮了多種話音編碼種類，最終實現了對acelp8k，acelp4.8可，acelp－cn，pcm64k，adpcm32k等多種話音編碼方式的支持。

3.3 存儲器共享技術

采用了存儲器共享技術，解決了多規程用戶業務接入設備內部板卡之間、模塊之間、器件之間大量數據傳輸及其實時性要求。

4 軟件開發

多規程用戶業務接入設備功能復雜，涉及通信協議較多，因此需要大量的軟件編程工作，其軟件結構圖如圖3所示，主要包括兩類軟件，一是各種設備驅動軟件，二是核心應用軟件。

5 結語

本文設計的多規程用戶業務接入設備功能強大，支持話音業務、低速數據業務、ip業務的復用，數據業務兼容同步/異步，速率、接口可通過軟件配置滿足用戶的不同需要，干線協議支持幀中繼和tcp/ip，可方便接入目前已有的各類骨干網，同時支持snmp，方便管理者對設備進行遠程參數配置、管理和故障診斷，具有良好的應用前景。