摘 要： 多用戶(hù)接入單元（Multiple Dwelling Unit,，MDU）是FTTB中的核心設(shè)備,。隨著人們對(duì)寬帶速率增長(zhǎng)的需求，傳統(tǒng)的DSL網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足人們對(duì)帶寬的需求,，光纖接入FTTH(光纖到戶(hù)),、FTTB(光纖到樓)帶寬大、擴(kuò)展性好,，可以滿(mǎn)足用戶(hù)現(xiàn)在及未來(lái)對(duì)帶寬的需求,。然而FTTH(光纖到戶(hù))業(yè)務(wù)的部署成本太高,無(wú)法利用電信網(wǎng)絡(luò)目前存在的銅線(xiàn)資源。FTTB(光纖到樓)+Lan或FTTB+DSL不僅可以滿(mǎn)足用戶(hù)的帶寬需求,，同時(shí)又可以利用現(xiàn)有銅線(xiàn)資源,，降低部署成本。本文研究的MDU就是FTTB的核心設(shè)備,。本文主要研究了MDU設(shè)備主控系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn),。
關(guān)鍵詞： MDU；主控板,；GPON,；EPON
0 引言
MDU 在網(wǎng)絡(luò)中的位置如圖1所示，它是最靠近用戶(hù)端的設(shè)備,，對(duì)用戶(hù)可以提供VDSL ,、ADSL 、FE 和語(yǔ)音POTS接入,?？梢陨线BGPON,、EPON,、10GEPON、 XGGPON或者GE(Optical and Electric),。
1 MDU主控系統(tǒng)架構(gòu)
根據(jù)要求和應(yīng)用場(chǎng)景不同,，MDU 有1U 和2U兩種。2U 通常是有主控板,、一個(gè)上連卡,、背板和4個(gè)槽位的LT 板。1U有一個(gè)主控板,、一個(gè)上連卡和一個(gè)LT板,，通過(guò)背板將這幾個(gè)部分連接在一起。本系統(tǒng)是基于1U 的設(shè)計(jì),，將上連和主控部分集成在一塊板卡上,，通過(guò)一個(gè)芯片88F6530來(lái)實(shí)現(xiàn),。主控板的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖如圖2所示。
在此設(shè)計(jì)中88F6530做為主控芯片,，上行可以是GPON也可以是EPON ,通過(guò)88F6530一個(gè)芯片實(shí)現(xiàn),，不需要硬件設(shè)計(jì)的改變，只需改變軟件即可實(shí)現(xiàn),，節(jié)省了開(kāi)發(fā)周期,。用戶(hù)接口有24FE和32POTS兩種。88F6530內(nèi)部集成了一個(gè)語(yǔ)音處理DSP核,，外部不需要語(yǔ)音處理芯片DSP,節(jié)省了成本,。POTS用戶(hù)板的TDM 信號(hào)直接與88F6530的TDM 接口連接。POTS用戶(hù)板的管理接口由88F6530的HPI 接口通過(guò)CPLD 來(lái)控制,。24FE 接口由Marvell 的Poncat 芯片98DX1135來(lái)實(shí)現(xiàn),。98DX1135有3組S3MII接口，通過(guò)外接PHY可以實(shí)現(xiàn) 24FE ,其中8個(gè)FE 由主板實(shí)現(xiàn),，另外16FE 由LT 來(lái)實(shí)現(xiàn),。
從圖2可以看出主控系統(tǒng)可以分為4部分：
⑴主控芯片88F6530 及其外圍包括DDR,、Flash和RI 溫度傳感器,；
⑵上行接口EPON 或者GPON,；
?、怯脩?hù)接口POTS、FE 接口及其控制接口,；
?、入娫床糠帧?/p>
下面分別對(duì)這幾個(gè)部分詳細(xì)論述其具體實(shí)現(xiàn),。
2 主控芯片88F6530及其外圍
2.1 主控芯片88F6530
88F6530是Marvell AVAVTA 系列產(chǎn)品中的一款,，主要應(yīng)用在MDU產(chǎn)品中。88F6530 MDU ONU設(shè)備提供Universal PON(UPON) MAC ,兼容EPON 和GPON,，基于IPV6和IPV4包處理器線(xiàn)速可達(dá)到2.5 Gb/s,，還有32通道的語(yǔ)音引擎。由于其具有高集成度,、低功耗,、高性能的特點(diǎn)，88F6530為運(yùn)營(yíng)商提供了一種低成本部署光纖寬帶的選擇,，可以為用戶(hù)提供視頻,、界面和云等體驗(yàn)。88F6530具有以下特點(diǎn)：
?、?完全兼容EPON,、GPON和P2P以太網(wǎng)MAC,；
⑵2.5 G 的Switch接口,；
?、荲oIP和控制處理器：1.6 GHz的CPU，有16 KB的一級(jí)Caches和256 KB的二級(jí)Caches,；
?、?2通道的VoIP DSP 支持G.729和G.723；
?、蒚DM接口支持標(biāo)準(zhǔn)的SLIC/SLAC設(shè)備,；
⑹支持 DDR2/DDR3設(shè)備,，DDR2支持400 MHz,，DDR3支持533 MHz，集成了4個(gè)DRAM片選,；
?、酥С諲AND、NOR 和SPI Flash,；
?、虄蓚€(gè)PCIe接口；
?、虸2C 接口,；
⑽中斷處理器,；
?、蟽蓚€(gè)UART接口。
88F6530內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示,。
通過(guò)以上特性的介紹和88F6530內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以看出,，88F6530可以作為此系統(tǒng)的主控芯片完成大部分功能，同時(shí)可以節(jié)省開(kāi)發(fā)成本,。
2.2 88F6530外圍電路
2.2.1 DDR和Flash
88F6530支持16 bit的DDR2接口和DDR3接口,， 本系統(tǒng)采用了1 G的16 bit DDR2 (HY5PS1G163),。DDR2最大頻率可達(dá)到400 MHz,。同時(shí)使用了512 MB的NAND Flash(NAND04GW3B2DN6E)和128 MB的SPI Flash(M25P128)。SPI Flash是啟動(dòng)時(shí)Boot所用的,，NAND Flash為存取數(shù)據(jù)所用,。
2.2.2 系統(tǒng)時(shí)鐘
本系統(tǒng)采用25 MHz的外部時(shí)鐘作為系統(tǒng)時(shí)鐘，為內(nèi)部PLL 提供參考時(shí)鐘,。
2.2.3 I2C設(shè)備 RI和溫感
88F6530只有一組I2C接口,，無(wú)法滿(mǎn)足本系統(tǒng)的要求,。在本系統(tǒng)中有RI和溫度傳感器，還有檢測(cè)LT子卡的I2C接口,，因此至少需要3個(gè)I2C接口,。I2C Switch 芯片PCA9544A 有4組I2C接口，可以滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)的需求,，一組為RI,一組為溫感,，另外一組通往背板供LT使用。8k×8bit的E2PROM作為RI 設(shè)備,。TI的TMP432作為檢測(cè)溫度,。此溫感芯片是一個(gè)可遠(yuǎn)端監(jiān)測(cè)溫度和本地監(jiān)測(cè)溫度的傳感器。遠(yuǎn)端溫度檢測(cè)可以通過(guò)外接一個(gè)NPN或者PNP三極管來(lái)實(shí)現(xiàn),。在此系統(tǒng)中將一路遠(yuǎn)端用于檢測(cè)電源部分的溫度,，另外一個(gè)遠(yuǎn)端用于檢測(cè)PONCAT 98DX1135，TMP432芯片本身來(lái)檢測(cè)主控芯片88F6530的溫度,。根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的初始值,，在外界溫度超過(guò)此值時(shí)芯片會(huì)告警。
3 上行接口EPON GPON
88F6530 內(nèi)部集成了EPON ,、GPON MAC,，外圍只需接相應(yīng)的芯片就可以實(shí)現(xiàn)GPON或EPON上連。此系統(tǒng)中外部使用了MAX3840,，它是一款雙路2×2異步矩陣開(kāi)關(guān),，寬帶頻、全差分信號(hào)通路使累積抖動(dòng),、串?dāng)_即信號(hào)偏斜最小,。每路2×2矩陣開(kāi)關(guān)能夠扇出或復(fù)用高達(dá)2.7 Gb/s的數(shù)據(jù)和2.7 GHz時(shí)鐘信號(hào)。
4 用戶(hù)接口 FE 和POTS接口
4.1 FE接口
在此系統(tǒng)中FE接口是使用Marvell的PonCat 98DX1135來(lái)實(shí)現(xiàn)的,。
4.1.1 PonCat 98DX1135
PonCat 98DX1135 是FE Switch PonCat2系列產(chǎn)品中新一代高集成,、經(jīng)濟(jì)有效的一款芯片。此芯片是Marvell Prestera- DX系列中一款高性能,、低功耗的處理器,，是一款比較理想的芯片。PonCat系列產(chǎn)品增強(qiáng)了封裝散熱,，超成本優(yōu)化設(shè)計(jì)支持最小PCB 布線(xiàn)要求,，可以無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)。此款芯片的上行SerDes端口可以支持10/100/1000/2500 的SGMII和1000Base-x,與Marvell外接GPON MAC具有相同的功能,。Poncat內(nèi)部也有CPU,，因?yàn)榇讼到y(tǒng)以88F6530做為主控芯片，因此這里不使能Poncat內(nèi)部的CPU,。
4.1.2 24FE 的實(shí)現(xiàn)
98DX1135 內(nèi)部有FE MAC,，外部只需FE PHY 就可以實(shí)現(xiàn)用戶(hù)的FE接口要求,。在本系統(tǒng)中8個(gè)FE是由主控板來(lái)實(shí)現(xiàn)，其余16個(gè)FE由LT來(lái)實(shí)現(xiàn),。主控板將兩組S3MII信號(hào)連接到背板,。在主控板上使用Marvell的PHY 88E3083與98DX1135的S3MII接口相連。88E3083是Marvell為快速以太網(wǎng)設(shè)計(jì)的第三代基于DSP 的八端口物理層設(shè)備,。此芯片可以完成MACs和物理媒體的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,。88E3083支持1EEE802.3，支持使用雙絞線(xiàn)的100BASE-TX 和10BASE-T網(wǎng)絡(luò)全雙工或者半雙工的自動(dòng)協(xié)商機(jī)制,，具有S3MII接口,，可以很好地與98DX1135直連，不需要其他轉(zhuǎn)換芯片,。對(duì)88E3083的控制通過(guò)MDIO接口來(lái)實(shí)現(xiàn),。
4.2 POTS接口
因?yàn)?8F6530內(nèi)部集成了32通道的語(yǔ)音處理器，所以在本系統(tǒng)中不需要外接DSP芯片來(lái)完成語(yǔ)音信號(hào)處理,。88F6530 的TDM信號(hào)可以直接和SLAC連接,。此接口可以作為Master模式提供幀同步信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)， 或者也可以作為Slave模式,，接收幀同步信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào),；線(xiàn)性編碼支持u率和A率；時(shí)鐘范圍256 kHz ~ 8.192 MHz,；此部分提供一個(gè)SPI接口,，本系統(tǒng)是32POTS，因此有4個(gè)SLAC,，需要4個(gè)CS,，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)SLAC的控制和配置，將SPI接口通過(guò)CPLD來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)4個(gè)SLAC的控制,。在主控系統(tǒng)中,，只需提供DX、DR,、FS,、CLK 和四組SPI信號(hào)到背板就可以實(shí)現(xiàn)與POTS子板的連接和通信。
5 電源設(shè)計(jì)
PONCAT 98DX1135需要核電壓1.0 V,，SDRAM 1.8 V,，其余 3.3 V。而88F6530需要核電壓1.0 V,，CPU 1.1 V,、1.5 V、2.5 V還有 3.3 V,，因此整個(gè)系統(tǒng)需要電壓種類(lèi)多,，共需要5種電源，其中3.3 V,、1.0 V,、1.5 V所需要的電流比較大，用DC-DC來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換,。此板輸入電壓為12 V,，12 V進(jìn)入之后先進(jìn)行濾波，然后經(jīng)過(guò)熱拔插保護(hù)芯片LTC4210,，由LTC4210輸出的12 V電壓再進(jìn)行轉(zhuǎn)換,，轉(zhuǎn)換為板上所需的3.3 V、2.5 V,、1.8 V,、1.5 V、1.1 V,、1.0 V,。LTC4210還可以監(jiān)測(cè) 輸入電壓12 V，若12 V的抖動(dòng)超過(guò)了系統(tǒng)所允許的范圍,，則會(huì)自動(dòng)關(guān)斷12 V,。此系統(tǒng)所用的3.3 V 芯片為T(mén)I的TPS54550。TPS54550是TI公司的一款DC-DC,，輸入電壓4.5 V~20 V,，輸出電流可以達(dá)到6 A，具有可調(diào)節(jié)的開(kāi)關(guān)頻率,。 1.0 V,、1.5 V由ADP1829來(lái)實(shí)現(xiàn)。ADP1829是AD公司的一款雙路DC-DC芯片,。此芯片開(kāi)關(guān)頻率可以工作在300 kHz,、600 kHz,有軟啟動(dòng)功能、熱過(guò)載保護(hù)及電流過(guò)載保護(hù)等功能,。其余電壓用LDO 來(lái)實(shí)現(xiàn),。系統(tǒng)中所需的電壓種類(lèi)比較多，而且各個(gè)電壓之間上電和下電之間的時(shí)序有一定的要求,，只有滿(mǎn)足了這些要求,，系統(tǒng)才可以正常工作。這些通?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整電源芯片EN管腳上的電阻,、電容來(lái)實(shí)現(xiàn)。
6 結(jié)束語(yǔ)
本文從各個(gè)部分詳細(xì)地論述了MDU主控板的硬件設(shè)計(jì)，此設(shè)計(jì)最大的優(yōu)點(diǎn)就是主控芯片集成了EPON和GPON MACs,，節(jié)省了開(kāi)發(fā)的硬件和軟件成本,，同時(shí)又滿(mǎn)足了用戶(hù)的需求。
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