摘 要： 多用戶接入單元（Multiple Dwelling Unit,，MDU）是FTTB中的核心設(shè)備。隨著人們對寬帶速率增長的需求,，傳統(tǒng)的DSL網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)無法滿足人們對帶寬的需求,，光纖接入FTTH(光纖到戶)、FTTB(光纖到樓)帶寬大,、擴展性好,，可以滿足用戶現(xiàn)在及未來對帶寬的需求。然而FTTH(光纖到戶)業(yè)務(wù)的部署成本太高,無法利用電信網(wǎng)絡(luò)目前存在的銅線資源,。FTTB(光纖到樓)+Lan或FTTB+DSL不僅可以滿足用戶的帶寬需求,，同時又可以利用現(xiàn)有銅線資源，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,，它是最靠近用戶端的設(shè)備,，對用戶可以提供VDSL 、ADSL ,、FE 和語音POTS接入,。可以上連GPON,、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)用場景不同,，MDU 有1U 和2U兩種,。2U 通常是有主控板、一個上連卡,、背板和4個槽位的LT 板,。1U有一個主控板、一個上連卡和一個LT板,，通過背板將這幾個部分連接在一起,。本系統(tǒng)是基于1U 的設(shè)計，將上連和主控部分集成在一塊板卡上,，通過一個芯片88F6530來實現(xiàn),。主控板的系統(tǒng)實現(xiàn)框圖如圖2所示。
在此設(shè)計中88F6530做為主控芯片,，上行可以是GPON也可以是EPON ,通過88F6530一個芯片實現(xiàn),，不需要硬件設(shè)計的改變，只需改變軟件即可實現(xiàn),，節(jié)省了開發(fā)周期,。用戶接口有24FE和32POTS兩種。88F6530內(nèi)部集成了一個語音處理DSP核,，外部不需要語音處理芯片DSP,節(jié)省了成本,。POTS用戶板的TDM 信號直接與88F6530的TDM 接口連接。POTS用戶板的管理接口由88F6530的HPI 接口通過CPLD 來控制,。24FE 接口由Marvell 的Poncat 芯片98DX1135來實現(xiàn),。98DX1135有3組S3MII接口，通過外接PHY可以實現(xiàn) 24FE ,其中8個FE 由主板實現(xiàn),，另外16FE 由LT 來實現(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,；
⑶用戶接口POTS,、FE 接口及其控制接口,；
⑷電源部分,。
下面分別對這幾個部分詳細論述其具體實現(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包處理器線速可達到2.5 Gb/s,，還有32通道的語音引擎。由于其具有高集成度,、低功耗,、高性能的特點，88F6530為運營商提供了一種低成本部署光纖寬帶的選擇,，可以為用戶提供視頻,、界面和云等體驗。88F6530具有以下特點：
?、?完全兼容EPON,、GPON和P2P以太網(wǎng)MAC；
?、?.5 G 的Switch接口,；
⑶VoIP和控制處理器：1.6 GHz的CPU,，有16 KB的一級Caches和256 KB的二級Caches,；
⑷32通道的VoIP DSP 支持G.729和G.723,；
?、蒚DM接口支持標準的SLIC/SLAC設(shè)備；
?、手С?DDR2/DDR3設(shè)備,，DDR2支持400 MHz，DDR3支持533 MHz,，集成了4個DRAM片選,；
⑺支持NAND,、NOR 和SPI Flash,；
⑻兩個PCIe接口,；
?、虸2C 接口；
?、沃袛嗵幚砥?；
⑾兩個UART接口,。
88F6530內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示,。
通過以上特性的介紹和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，同時可以節(jié)省開發(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最大頻率可達到400 MHz,。同時使用了512 MB的NAND Flash(NAND04GW3B2DN6E)和128 MB的SPI Flash(M25P128),。SPI Flash是啟動時Boot所用的，NAND Flash為存取數(shù)據(jù)所用,。
2.2.2 系統(tǒng)時鐘
本系統(tǒng)采用25 MHz的外部時鐘作為系統(tǒng)時鐘,，為內(nèi)部PLL 提供參考時鐘。
2.2.3 I2C設(shè)備 RI和溫感
88F6530只有一組I2C接口,，無法滿足本系統(tǒng)的要求,。在本系統(tǒng)中有RI和溫度傳感器，還有檢測LT子卡的I2C接口,，因此至少需要3個I2C接口,。I2C Switch 芯片PCA9544A 有4組I2C接口，可以滿足本設(shè)計的需求,，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作為檢測溫度,。此溫感芯片是一個可遠端監(jiān)測溫度和本地監(jiān)測溫度的傳感器。遠端溫度檢測可以通過外接一個NPN或者PNP三極管來實現(xiàn),。在此系統(tǒng)中將一路遠端用于檢測電源部分的溫度,，另外一個遠端用于檢測PONCAT 98DX1135，TMP432芯片本身來檢測主控芯片88F6530的溫度,。根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的初始值,，在外界溫度超過此值時芯片會告警。
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異步矩陣開關(guān),，寬帶頻、全差分信號通路使累積抖動,、串擾即信號偏斜最小,。每路2×2矩陣開關(guān)能夠扇出或復(fù)用高達2.7 Gb/s的數(shù)據(jù)和2.7 GHz時鐘信號。
4 用戶接口 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來實現(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)品增強了封裝散熱,，超成本優(yōu)化設(shè)計支持最小PCB 布線要求,，可以無風(fēng)扇設(shè)計。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,，因為此系統(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 的實現(xiàn)
98DX1135 內(nèi)部有FE MAC,，外部只需FE PHY 就可以實現(xiàn)用戶的FE接口要求。在本系統(tǒng)中8個FE是由主控板來實現(xiàn),，其余16個FE由LT來實現(xiàn),。主控板將兩組S3MII信號連接到背板。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,，支持使用雙絞線的100BASE-TX 和10BASE-T網(wǎng)絡(luò)全雙工或者半雙工的自動協(xié)商機制,，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88E3083的控制通過MDIO接口來實現(xiàn)。
4.2 POTS接口
因為88F6530內(nèi)部集成了32通道的語音處理器,，所以在本系統(tǒng)中不需要外接DSP芯片來完成語音信號處理,。88F6530 的TDM信號可以直接和SLAC連接。此接口可以作為Master模式提供幀同步信號和時鐘信號,， 或者也可以作為Slave模式,，接收幀同步信號和時鐘信號；線性編碼支持u率和A率,；時鐘范圍256 kHz ~ 8.192 MHz,；此部分提供一個SPI接口，本系統(tǒng)是32POTS,，因此有4個SLAC,，需要4個CS，為了實現(xiàn)對SLAC的控制和配置，將SPI接口通過CPLD來實現(xiàn)對4個SLAC的控制,。在主控系統(tǒng)中,，只需提供DX、DR,、FS,、CLK 和四組SPI信號到背板就可以實現(xiàn)與POTS子板的連接和通信。
5 電源設(shè)計
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,，因此整個系統(tǒng)需要電壓種類多,，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來實現(xiàn)轉(zhuǎn)換,。此板輸入電壓為12 V,，12 V進入之后先進行濾波，然后經(jīng)過熱拔插保護芯片LTC4210,，由LTC4210輸出的12 V電壓再進行轉(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 輸入電壓12 V，若12 V的抖動超過了系統(tǒng)所允許的范圍,，則會自動關(guān)斷12 V,。此系統(tǒng)所用的3.3 V 芯片為TI的TPS54550。TPS54550是TI公司的一款DC-DC,，輸入電壓4.5 V~20 V,，輸出電流可以達到6 A，具有可調(diào)節(jié)的開關(guān)頻率,。 1.0 V,、1.5 V由ADP1829來實現(xiàn),。ADP1829是AD公司的一款雙路DC-DC芯片。此芯片開關(guān)頻率可以工作在300 kHz,、600 kHz,有軟啟動功能,、熱過載保護及電流過載保護等功能。其余電壓用LDO 來實現(xiàn),。系統(tǒng)中所需的電壓種類比較多,，而且各個電壓之間上電和下電之間的時序有一定的要求,，只有滿足了這些要求,，系統(tǒng)才可以正常工作。這些通?？梢酝ㄟ^調(diào)整電源芯片EN管腳上的電阻,、電容來實現(xiàn)。
6 結(jié)束語
本文從各個部分詳細地論述了MDU主控板的硬件設(shè)計,，此設(shè)計最大的優(yōu)點就是主控芯片集成了EPON和GPON MACs,，節(jié)省了開發(fā)的硬件和軟件成本，同時又滿足了用戶的需求,。
參考文獻
[1] Marvell. 88F6530 hardware specifications[Z]. 2010.
[2] Marvell. Prestera PonCat2-FE hardware specificaions[Z]. 2010.
[3] Marvell. 88E3083 integrated 8 Port 10/100 fast ethernet transceiver[Z]. 2002.
[4] Maxim Integraled Products. Max3840 Dual 2X2 Crosspoint Switch(Rev 5)[Z]. 2007.
[5] Texas Instruments Incorporaterd. Tps54550 datasheet[Z]. 2006.