基于MPC860的多规程用户业务接入设备研制

1 引言

多规程用户业务接入设备（Multi－Protocol User Traffic Access Device，MPUTAD）的用途是为各类低速用户业务接入宽带网提供接入手段。由于低速用户业务的多样性，包括话音业务、实时数据、非实时数据以及局域网业务等，因此，要求该设备具有多种通信接口，适配多种通信协议，可接入多种网络，并支持多种网络间的互联，可实现话音、数据、局域网互联等多种方式的业务接入。

在设计过程中，我们使用了Motorola公司特别为电信和网络市场设计的高性能的集成通信微处理器MPC860。该芯片采用双处理器内核结构，一个是为高层应用服务提供高性能的通用32位处理器PowerPC内核，另一个是专为底层通信应用服务提供专用RISC处理器内核CPM，两者可通过片内的双端口内存通信，可快速完成对通信协议的处理。CPM可同时支持3个快速的串行通信控制器（FCC）、2个多通道控制器（MCC）、4个串行通信控制器（SCC），2个串行管理控制器（SMC），1个串行外围接口（SPI）和1个I2C接口，大大减轻了PowerPC核的外围工作任务，为用户在网络和通信产品的开发方面提供了巨大的潜力并缩短开发周期。

2 方案设计

如图1所示，根据多规程用户业务接入设备的功能确定采用主板配多种业务接入卡的模块设计思路。

多规程用户业务的接入设备由主板、背板、扩展插卡、控制面板、电源和机箱等几部分组成，主板是系统核心，主要完成各种通用和专用通信协议的转换及处理，路由选择功能，设备有8个数据端口，通过端口串接实现设备级连，并为扩展插卡提供插槽；扩展插卡主要设计有局域网接口卡（PROLAN）、模拟话音/传真卡（ATF）、群路（E1）卡和数字话音卡（DV），可完成各类通用和专用用户业务的接入，各板卡的方案设计如下：

2.1 主板

主板是多规程用户业务接入设备的核心部件，其实现原理如图2所示，主要完成协议转换及协议处理、路由选择，在背板上提供8个数据端口，并为专用功能插卡提供扩展插槽。

针对主板设计中确定功能特点，确定采用基于MPC860主处理器和MC68360协议处理器相结合的嵌入式开发技术方案，其中MPC860工作于主机方式，完成数据处理、协议转换、路由选择等功能，MC68360工作于从机方式，协助MPC860完成多路数据处理，该方案的优点在于：

（1）MPC860，MC68360的4个SCC通道支持多种数据和话音通信协议，由于帧中继协议在数据链路层上遵从LAPF标准，而LAPF是HDLC的子集，因此该协议可以主要由其中的CPM通信处理机来完成，大大提高了协议的处理速度；

（2）可以充分发挥CPM通信处理机的优势，获得很好的系统扩展性，为主机配合各种扩展插卡提供了方便，且可配置、可裁剪、便于设备维护、管理和与其他网络的互联互通；

（3）基于嵌入式Linux的并行开发，可大大提高开发效率，且将设备自举进程和具有进程管理、内存管理、设备模块管理和定时器服务功能的Linux微内核嵌入该设备、充分发挥Linux平台资源优势，使系统具有良好的可移植性。

主机外围电路设计中采用了Xilinx公司集成度高、灵活性强的CPLD和FPGA器件，设计时根据不同需要，利用增强引脚锁定功能定义引脚的输入、输出关系，减轻硬件调试过程中的电路协调工作量，同时增加了系统的保密性和干扰性。

2.2 局域网接口卡（PROLAN）

局域网接口卡主要采用DP8392C同轴电缆网络接口芯片和DP83936网络接口芯片完成IP业务接入处理，其控制逻辑采用CPLD器件实现，该卡主要功能有两个：一是支持基于SNMP的网络管理，二是用于用户IP业务的接入。

2.3 模拟话音/传真卡（ATF）

ATF卡的核心采用了美国TI公司数字信号处理器（DSP）实现多种模式的话音编码，该卡主要功能是完成模拟话音/传真业务的接入，为支持目前通信领域通用的话音编码类型，设计研制过程中综合考虑了多种话音编码种类，最终实现了对ACELP8K，ACELP4.8K，ACELP－CN，PCM64K，ADPCM32K等多种话音编码方式的支持。

2.4 数字话音卡（DV）

DV卡话音编码功能与ATF卡类似，其核心也采用了美国TI公司数字信号处理器（DSP），与TAF卡不同之处在于他没有PCM采样处理，直接处理E1卡送来的PCM数据流，且每块DV卡使用7片数字信号处理器，构成主从应用系统，共同处理6路话音信息，其中1片为主处理器，负责与E1卡和主板之间的数据通信与交换，其余6片工作于从机方式，每片负责一路话音编码处理，其存储器共享双口RAM，满足话音信息实时处理的要求，该卡主要功能是与E1卡相配合实现多规程用户业务接入设备与程控交换机的互联。在多规程用户业务接入设备中该卡与E1卡配套工作，1－5块DV卡与1块E1卡配合，可实现6－30路话音（E1）接入。

2.5 基群卡（E1）

E1卡是采用MC68302微处理器构成的单片机系统，其外围控制电路采用了LATTICE公司的CPLD器件，达到简化电路设计，减轻调试工作量、增加保密性和抗干扰性的目的，该卡主要功能是与DV卡相互配合实现多规程用户业务接入设备与程控交换机的互联，E1卡在互联中负责时钟同步、时隙分配、随路信令的产生与处理。

3 采用的关键技术

3.1 嵌入式开发技术

在设备总体技术方案设计和实际开发过程中，我们确定并采用了嵌入式开发技术、设计双处理器主从应用系统，实现数据处理、协议转换、路由选择等功能，并将自举和具有进程、内存、模块管理及定时器服务功能的Linux微内核嵌入设备，以达到充分利用MPC860和MC68360处理器的专用通信处理功能的目的，使整机设备具备良好的可扩展性和可移植性。采用该方式保证了设备开发周期短，很多底层协议的实现（如TCP/IP，HDLC，SDLC等）依托MPC860，MC68360中的功能模块实现。

3.2 话音信息的压缩编码技术

采用数字信号处理器实现话音信息的压缩编码，在保证话音质量的同时有效节省了话音业务占用的干线带宽资源，提高了带宽网络的利用率，为支持目前通信领域通用的话音编码类型，设计研制过程中综合考虑了多种话音编码种类，最终实现了对ACELP8K，ACELP4.8可，ACELP－CN，PCM64K，ADPCM32K等多种话音编码方式的支持。

3.3 存储器共享技术

采用了存储器共享技术，解决了多规程用户业务接入设备内部板卡之间、模块之间、器件之间大量数据传输及其实时性要求。

4 软件开发

多规程用户业务接入设备功能复杂，涉及通信协议较多，因此需要大量的软件编程工作，其软件结构图如图3所示，主要包括两类软件，一是各种设备驱动软件，二是核心应用软件。

5 结语

本文设计的多规程用户业务接入设备功能强大，支持话音业务、低速数据业务、IP业务的复用，数据业务兼容同步/异步，速率、接口可通过软件配置满足用户的不同需要，干线协议支持帧中继和TCP/IP，可方便接入目前已有的各类骨干网，同时支持SNMP，方便管理者对设备进行远程参数配置、管理和故障诊断，具有良好的应用前景。