摘 要： 討論了一種HDLC協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的全自動硬件設(shè)計,。在SDH產(chǎn)品的ECC接口中采用硬件實現(xiàn)" title="硬件實現(xiàn)">硬件實現(xiàn)，通過自動控制BD的方式,，實現(xiàn)HDLC協(xié)議的數(shù)據(jù)重新打包轉(zhuǎn)發(fā),、錯誤處理,、重發(fā)幀數(shù)據(jù)等操作，不必CPU干預(yù),。該設(shè)計實現(xiàn)了兩個ECC口收發(fā)全雙工,、8個DCC口點對點同時收發(fā)的高速率、多通道" title="多通道">多通道設(shè)計,。
關(guān)鍵詞： ECC HDLC BD
在傳輸產(chǎn)品中,，IP over SDH的基本思路，是將IP數(shù)據(jù)通過點到點協(xié)議(PPP)直接映射到SDH幀,，從而省掉了中間復(fù)雜的ATM層,。具體作法是先把IP數(shù)據(jù)報封裝進PPP分組，然后再利用高級數(shù)據(jù)鏈路" title="鏈路">鏈路控制規(guī)程HDLC按照RFC1662的規(guī)定組幀,，最后將字節(jié)同步映射進SDH包中,，加上相應(yīng)的SDH開銷置入STM-N幀中。IP over SDH簡單的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,，其中PPP層的功能包括IP多協(xié)議封裝,、差錯檢驗和鏈路初始化控制，而HDLC為PPP封裝的IP數(shù)據(jù)包提供定界,，并用01111110表示一幀的開始和結(jié)束,。
本文討論如何用全自動硬件方式實現(xiàn)圖1中所示的HDLC模塊。
1 傳統(tǒng)的CPU實現(xiàn)方式
在圖1中,，HDLC模塊實現(xiàn)一個HDLC總線到多個點對點HDLC接口之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),。將HDLC總線的接口稱為ECC口，HDLC點對點接口稱為DCC口,。傳統(tǒng)的實現(xiàn)方法如圖2所示,，是若干HDLC控制器芯片加一塊CPU實現(xiàn)ECC到DCC的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能。CPU通過軟件配置,，向HDLC幀中插入或提取用戶自定義的10個字節(jié)(包括源地址,、目標地址、DCC端口號,、幀長度等),。以下行為例，HDLC控制器在ECC接口接收數(shù)據(jù)后,，向CPU申請使用SRAM中的緩沖區(qū),，CPU進行仲裁，分配緩沖區(qū)描述符BD,，數(shù)據(jù)就可以存放在SRAM中,。CPU在這些數(shù)據(jù)發(fā)送時需要指定DCC通道。由于數(shù)據(jù)量較大,，每一幀都要進行BD的處理,，且數(shù)據(jù)申請導(dǎo)致中斷處理頻繁,，軟件很容易出錯。
另外,，隨著單板集成度的提高,，ECC接口的數(shù)據(jù)量越來越大，DCC接口的通道也越來越多,。如果采用傳統(tǒng)的CPU實現(xiàn)方式，就必須不斷增加HDLC控制器,，所要求的CPU性能也越來越高,，這在技術(shù)上難以實現(xiàn)，成本上也不能接受,，因而必須確定一種更經(jīng)濟,、有效的技術(shù)方式來實現(xiàn)大容量、高效率,、低成本的ECC轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù),。采用硬件方式，無須或盡量減少CPU的干預(yù),，在ECC接口實現(xiàn)自動的HDLC數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),。
筆者的目的是將HDLC控制器和CPU的大部分功能用硬件實現(xiàn)，在整個運作過程中,，不需要CPU實時協(xié)助,，可實現(xiàn)全自動控制，CPU只需在開始進行一些初始化和配置工作,，同時為CPU提供一些統(tǒng)計信息,，方便CPU了解模塊數(shù)據(jù)傳送的性能。
2 全自動硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計
硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示,，可劃分為六大塊：ECC接口的發(fā)送模塊" title="發(fā)送模塊">發(fā)送模塊,、ECC接口的接收模塊" title="接收模塊">接收模塊、DCC接口的發(fā)送模塊,、DCC接口的接收模塊,、SRAM控制器和CPU接口。
ECC_TX控制：
·仲裁DCC_RX發(fā)過來的數(shù)據(jù)申請,；
·從SRAM內(nèi)讀取數(shù)據(jù)到內(nèi)部,；
·按照要求添加前10個字節(jié)的信息；
·按照協(xié)議產(chǎn)生新的16位CRC,；
·按照協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù),；
·按照協(xié)議進行重發(fā)操作；
·在操作正確完成后,，更新BD和發(fā)送指針,。
??? ECC_RX控制：
·實時監(jiān)控HDLC總線上的變化,；
·解析正確的HDLC數(shù)據(jù)包，進行CRC檢查,；
·接收屬于本地址的數(shù)據(jù)包到SRAM內(nèi),；
·在發(fā)生錯誤的情況下，放棄已經(jīng)存入SRAM內(nèi)的數(shù)據(jù),；
·在數(shù)據(jù)包正確接收到SRAM之后,，產(chǎn)生新BD并更新接收指針。
DCC_RX控制：
·接收的邏輯有8組,，可同時接收,；
·實時監(jiān)控HDLC點對點的數(shù)據(jù)變化；
·解析正確的HDLC數(shù)據(jù)包,，進行CRC檢查,；
·接收數(shù)據(jù)包到SRAM內(nèi)；
·在發(fā)生錯誤的情況下,，放棄已經(jīng)存入SRAM內(nèi)的數(shù)據(jù),；
·在數(shù)據(jù)包正確接收到SRAM之后，產(chǎn)生新BD并更新接收指針,。
DCC_TX控制：
·發(fā)送是由自己控制,，只需一套邏輯，8個通道輪流發(fā)送,；
·判斷是否有新的數(shù)據(jù)要發(fā)送(判斷發(fā)送指針是否與接收指針一致),；
·從SRAM內(nèi)讀取數(shù)據(jù)到內(nèi)部；
·分析前10個字節(jié)的信息,，決定8個發(fā)送端口的其中1個發(fā)送,；
·去除前10個字節(jié)的信息；
·按照協(xié)議產(chǎn)生新的16位CRC,；
·按照協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù),；
·在操作正確完成之后，更新BD和發(fā)送指針,。
SRAM控制器：
·這一部分實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存取,，ECC接收和發(fā)送各1個，DCC接收8個,，DCC發(fā)送1個,，共有11個數(shù)據(jù)申請；
·考慮到數(shù)據(jù)流量,，SRAM采用16位寬,。
CPU接口：
·配置前10個字節(jié)的信息，設(shè)置源地址和目標地址；
·復(fù)位通道,；
·提供統(tǒng)計信息,，供CPU分析運作情況。
3 數(shù)據(jù)流
(1)上行數(shù)據(jù)流
如圖4所示,，DCC接收到的數(shù)據(jù)(8個同時)→正確數(shù)據(jù)存放于SRAM內(nèi)→數(shù)據(jù)取出,，添加10字節(jié)，從ECC_TX發(fā)送出去,。
(2)下行數(shù)據(jù)流
如圖5所示,，HDLC總線的數(shù)據(jù)→地址匹配且正確的數(shù)據(jù)存到SRAM內(nèi)→數(shù)據(jù)取出，從DCC_TX的其中一個端口發(fā)送出去,。
4 CPU干預(yù)程度分析和性能分析
(1) 系統(tǒng)使能后硬件即可正常工作,，不需要CPU任何配置，相當(dāng)于一個自動的微引擎,；
(2) 發(fā)送部分不受寄存器控制，始終在運作,，通過與接收的BD指針比較決定有沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送,；同理，接收部分通過BD指針的比較決定SRAM中還有沒有BD空間存放數(shù)據(jù),，通過BUF指針比較決定要不要存放數(shù)據(jù),；
(3) 接收部分和發(fā)送部分有一個共同的BD和BUF基準地址，有一個各自初始值為0的指針,，接收部分每接收一幀數(shù)據(jù),，指針加2，發(fā)送部分可以看到這個指針的變化,；
(4) 通過BD的結(jié)構(gòu),，可以完成接收與發(fā)送部分關(guān)于數(shù)據(jù)幀的長度通知；接收部分收到一幀,，將統(tǒng)計下來的幀長度存放在BD中,，發(fā)送部分讀到BD中的幀長度，按該長度向SRAM申請數(shù)據(jù),；
(5) 通過wrap設(shè)置,，可以完成自動檢測空間和返回緩沖區(qū)起始地址，重用緩沖區(qū),；
(6) 錯誤處理可以自動恢復(fù)和重發(fā),，只有發(fā)生致命錯誤，如下溢時,，才需要CPU對系統(tǒng)進行復(fù)位,；
(7) 如果考慮最差情況下的速率，最高速度是5MHz(ECC_HDLC接口)，現(xiàn)在SRAM采用16位操作,，并且FIFO只有一級,，則訪問頻率為5MHz/16，一次SRAM訪問需要5個時鐘,，此時最壞情況是其它9個接口也同時申請數(shù)據(jù)操作(共11個接口,，ECC_HDLC占兩個接口，但在5MHz情況下這兩個接口只能有一個在運作之中),。此時系統(tǒng)時鐘必須滿足以下條件才不會產(chǎn)生下溢錯誤： 5MHz/16＜sys_clk/(9×5+5),，其中(9×5+5)為9個其它設(shè)備的數(shù)據(jù)申請以及它自身數(shù)據(jù)操作需要的時間。此時得到的系統(tǒng)最小時鐘為：15.625MHz,。這個速率對FPGA的硬件實現(xiàn)來說,，是毫無困難的。
本系統(tǒng)實現(xiàn)SDH產(chǎn)品中ECC接口到開銷處的數(shù)據(jù)交換,，以HDLC協(xié)議實現(xiàn)ECC和DCC兩邊的數(shù)據(jù)傳送,，整個傳送過程不需要CPU實時控制。采用該設(shè)計,，可不再使用多個HDLC控制器,，CPU可由原來的高性能改為低檔CPU，極大地降低成本,，同時可具有良好的擴展性,。該設(shè)計采用Xilinx的Spartan 600E實現(xiàn)，已成功在產(chǎn)品中應(yīng)用,。
參考文獻
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