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一２８一 《国外电子元器￣）２００６年第３期２００６年３月 ●应用与设计 基于ＨＤＬＣ协议的高速ＳＤＨ传输系统板间 通信的设计与实现 张剑伟，唐斌，刘毅 （电子科技大学电子工程学院，四Ｊ１１成都６１００５４） 摘要：针对ＳＤＨ传输系统板问通信传统设计方法的不足，介绍一种采用ＨＤＬＣ协议进行设计的新 方法．并在ＭＰＣ８５２Ｔ型嵌入式微处理器上得以实现。严格的验证证明其在可靠性和传输速率方面 获得了很好的性能。 关键词：ＵＡＲＴ；ＨＤＬＣ；ＳＤＨ；嵌入式微处理器；ＳＣＣ 中圈分类号：ＴＮ９１５．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—６９７７（２００６）０３—００２８—０４ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ＳＤＨ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｂｅｔｗｅｅｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｂｏａｒｄｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＨＤＬＣ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ＺＨＡＮＧ Ｊｉａｎ—ｗｅｉ．ＴＡＮＧ Ｂｉｎ．ＬＩＵ Ｙｉ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎ￣ｎｅｅｒｉｎｇ，ＵＥＳＴＣ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００５４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｂｏａｒｄｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＳＤＨ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ＨＤＬＣ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ａｓ ａ ｎｅｗ ｗａｙ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｉｍｐｌｅ— ｍｅｎｔｅｄ ｂｙ ＭＰＣ８５２Ｔ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ．Ｔｈｅ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ｓｈｏｗｓ ｇｏｏｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｉｎ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｒｔａｎｓｍｉｔｉｔｎｇ ｒａｔｅ ｂｙ ｓｔｒｉｃｔ ｔｅｓｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＵＡＲＴ；ＨＤＬＣ；ＳＤＨ；ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ；ＳＣＣ ｌ 引言 也不断提高。针对ＵＡＲＴ方式速率上的不足，拟对 ＨＤＬＣ协议进行研究，并选用Ｍｏｔｏｒｏｌａ的ＭＰＣ８５２Ｔ 板间通信总线是决定ＳＤＨ系统设备是否稳定 型处理器，利用其对ＨＤＬＣ协议的支持，尝试采用 可靠工作的关键技术之一。板间通信的物理层信 ＨＤＬＣ协议进行板间通信，验证其在可靠性、通信 道不可能不发生差错，必须选择合适的数据链路 速率等方面的改善。 层协议克服有差错的信道。ＳＤＨ系统网元内的板 间通信受成本和复杂性的，一般都建议采用 ２ 皿ＬＣ在ＳＤＨ传输系统中的运用 单板ＭＣＵ系统内置的串行通信机制来完成，ＭＣＵ ＨＤＬＣ（Ｈｉｓｈ—ｌｅｖｅｌ Ｄａｔａ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ， 器件内置的通信接口中，以传统的ＵＡＲＴ串行通 高级数据链路控制规程）广泛应用于数据通信领 信接口较为常见。ＵＡＲＴ异步串行通信理论上最大 域，是确保数据信息可靠互通的重要技术［１】。ＨＤＬＣ 的速率为１１５ ２００ｂ／ｓ。因而传输效率低下．只适合 按照包含地址、控制、信息、ＣＲＣ（称为帧）的标准格 板间简单信息的互通。随着单板软件复杂程度的 式进行发送和接收。所有的帧以１个开始标志 提高，通过板间通信总线传递的带宽要求也会不 （０ｘ７Ｅ）开始，以１个结束标志（０ｘ７Ｅ）结束。在开始 断增加；同时随着系统变得更加复杂，板间通信总 和结束标志之间，１个帧包含地址域（Ａ）、控制域 线报文本身的长度也在不断增加中，板间的通信 （Ｃ）、Ｏ到５０００字节的信息域（Ｉ）（可选）和ＦＣＳ域， 数据流量越来越大，对板间通信总线的传输要求 ＨＤＬＣ的帧结构如下： 维普资讯 http://www.cqvip.com
基于ＨＤＬＣ协议的高速ＳＤＨ传输系统板间通信的设计与实现 一２９一 兰 １ 垒 ｌ 典型帧格式如下： Ｉ Ｉ兰 Ｉ 兰 陆Ｍ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｆｌａｇ ｌＡｄ嗍ｌｃ０ｎ Ｉ 唧 Ｄｎ（Ｏｐｔｉｏｎａ１）１ ＣＲＣ［Ｃｌｏｓｉｎｇ ｎａｇ 。‰ＬＣ ｉｔｉ 特的 制系 ｓ０１１８１ｂ１ｉ ０ （０ｘ７Ｅ）来确定帧首（Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｆｌａｇ）、帧尾（Ｃｌｏｓｉｎｇ ｌａＦｇ）。经过编码在１个帧的开始和结束标志之间的 其他部分杜绝了出现５个连续的“１”。 地址域（Ａ）用于多点通讯方式时设定站地址。 帧接收时如果地址域（Ａ）与本站不匹配，该帧不会 被接收。还有１个值得注意的是ＦＣＳ域。采用循环 ｌ ！ 亟叵亟垂至 望 Ｉ 图ｌ ＳＤＨ网元结构 线线路长度相对较长。所以不得不考虑电磁干扰、 信号完整性、阻抗匹配、电平选择等问题，传统的 ＵＡＲＴ通信显然无法胜任。以ＨＤＬＣ协议的优越性 能，可以实现高可靠和高效的板间通信。 冗余校验（ＣＲＣ）除标志域外的所有其他域的校验 值。ＨＤＬＣ通过ＦＣＳ域来保证数据的可靠传输。关于 ＨＤＬＣ的详细资料请参阅参考文献【１】。 ＳＤＨ系统是目前电信系统中的主要传输手段。 它由一些ＳＤＨ网元组成。在光纤上进行同步信息传 输、复用和交叉连接闭。传统的ＳＤＨ网元结构如图１ 所示。 ３ ＳＤＨ传输系统板间通信设计 ３．１ ＭＰＣ８５ＺＴ ＭＰＣ８５２Ｔ是ＭＰＣ８６６ ＰｏｗｅｒＱＵＩＣＣ系列中的一 款嵌入式通信处理器［３】。ＭＰＣ８５２Ｔ内核主频可达 ＩＯＯＭＨｚ。内部集成了ＣＰＵ核（Ｐｏｗｅ￣ＱＵＩＣＣ）、系统接 Ｅｌ单元（ＳＩｕ１和通信处理器（ＣＰＭ）３个模块，由于它成 本低、通信能力强、多种通信协议能灵活接口，因而 特别适合于通信和网络应用。ＭＰＣ８５２Ｔ Ｐｅｗ． ｅｒＱＵＩＣＣ集成了２个处理块。１个处理块是嵌入式 Ｐｏｗｅｒ ＰＣ核。另１个是ＲＩＳＣ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ。系统框图如 图２所示。 嚣在图１所示系统中。网元控制板ＮＣＰ单元部件 是ＳＤＨ系统的重要组成部分。系统内部各功能单板 的性能、告警等信息要通过该单元送到网管。同时 网管的一些命令也必须通过ＮＣＰ下发到各单板。系 统中板间通信组成了１个典型的多机系统，ＮＣＰ单 元为多机通信系统中主机。其他部件为从机。 ＮＣＰ单元和其他部件通信可靠性要求高。信息 量大而且实时性要求高。而ＳＤＨ系统网元的背板总 通信协议处理器（ＣＰＭ）模块是需要关注的焦点。 它促成了ＭＰＣ８５２Ｔ强大的通信处理能力。ＣＰＭ是 ＲＩＳＣ处理器。具备多个通信控制器。其中包括２个 串行通信控制器（ｓｃｃ），可运行多种通信协议（Ｅｔｈｅｒ－ Ｉ［ＩＳｔｒｕｅｔｉｏｎ ｌ ４－Ｋｂｙｔｅ Ｂｕｓ Ｉ Ｉｎｓｔｒｕｅｔｉｏｎ Ｃａｃｈｅ Ｕｎｉｆｉｅｄ ｌＩｎｔｅｒｎａ１卜—————————１———————— ＢｕｓＩ ＥｘｔｅｒｎａＩ Ｂｕｓｌ Ｂｕｓ Ｉ Ｍｅｍｏｒｙ ＣｏｎｔｒｏＩｌｅｒ ｝ １ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｉ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ『 Ｌｏａｄ／Ｓｔｏｒｅ Ｂｕｓ ｌ【 ．。．．．．．．．．Ｓｙｓｔｅ．．．．．．．．ｍ Ｆ１．．．．ｕｎｃｔｉ．．． ．． ．．ｏｎｓ．．．＿一 Ｉ ＰａｒａＩＩｅｌ ｌ ２ Ｉ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ ｌ ８－Ｋｂｙｔｅ Ｉ／ｏ ｌ Ｔｉｍｅｒｓ ｌ Ｃｏｎｔｒｏ１１Ｅｒｓ ｌ Ｄｕａｌ－ｐｅｒｔ ＲＡＭ ２ Ｂａｕｄ Ｒａｔｅ ＧｅｎＥｒａｔｏｒｓ ３２—Ｂｎ ＲＩＳＣ Ｃｏｎｔｒｏ１ １ＥＹ ＳＣＣ３ ｌ ＳＣＣ４ Ｉ ＳＭＣＩ ｌ ＳＰＩ 图２ ＭＰＣ８５２Ｔ的结构框图 维普资讯 http://www.cqvip.com
一３０一 《国外电子元器￣￣）２００６＃－ｇ ３期２００６年３月 裹１ ３种常见的串行通信标准的主要特征 Ｐ哪ｍｅｔｅｒ ＲＳ一４２２ ＲＳ一４８５ ＲＳ一６４４（ＬＶＤＳ） Ｄｉｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｗｉｎｇ（ｔｙｐ） ３．０Ｖ ３．０Ｖ ３５０ｍＹ Ｄｒｉｖｅｒ Ｏｕｔｐｕｔ Ｒｉｓｅ Ｔｉｍｅ １０％ｔｕｉ ３０％ｔｕｉ ３０％ｔｕｉ Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ Ｒａｔｅ ５０Ｍｂ／ｓ ５０Ｍｂ／ｓ ４００Ｍｈ／ｓ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｔａｎｃｅ（Ｎｏｔｅ １） ≤ｌ ２００ｍ 《ｌ ２００ｍ ≤１００ｍ ｎｅｔ、ＨＤＬＣ、ＵＡＲＴ、透明传输等）。ＳＣＣ口是最具有特 中允许发送和，或接收。 色的接口，通过操作相应的寄存器、开发收发 初始化完成后，便可以进入收发状态。接收过 驱动程序或调用操作系统相关的驱动程序．ＳＣＣ口 程为：当ＧＳＭＲ＿ＬＸ寄存器中的ＥＮＲ位允许时， 就能完成优越的板间通信功能。 ＨＤＬＣ控制器进入接收允许状态，在该状态下，控 参考ＭＰＣ８５２Ｔ Ｄａｔａｓｈｅｅｔ提供的数据。ＨＤＬＣ板 制器等待１个标志。当出现１个标志时，控制器进 间通信速率支持Ｎｘ６４ｋｂ／ｓ，Ｎ最大为６４。即理论最 入地址允许状态，等待１个非标志，该非标志必须 大通信速率为４Ｍｂ／ａ，实用速率应视ＣＰＭ利用率和 为１个地址，控制器将地址与ＨＡＤＤＲＸ和ＨＭＡＳＫ Ｃｏｒｅ处理能力而改变。而ＵＡＲＴ的理论最大速率为 域的地址比较。地址匹配后。检测ＲｘＢＤ状态模式字 １１５．２ｋｂ／ｓ，理论比较结果非常明显。 节。如果接收准备好便开始接收，１个数据包分多个 ３．２ ＭＰＣ８５２Ｔ处理器ＳＣＣ口的设计 地方缓存，ＲｘＢＤ字节的Ｌ位可以指示是否为接收 硬件设计方面．ＨＤＬＣ数据链路层协议需要合 帧最后一个缓存，不是便继续接收。是则完成ＣＲＣ 适的物理层的支持，以达到高可靠性和高流量。考 校验后结束接收。流程如图４所示。 虑到ＳＤＨ网元背板的线路走线长度和通信速率，列 图４中ＲｘＢＤ（Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ｂｕｆｆｅｒ Ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ，接收 举了常见的３种串行通信标准的主要特征。 缓冲描述符）是ＳＣＣ、ＳＭＣ等控制器与缓冲区的接 由表１可以看出。ＲＳ一４８５的传输距离、速率都 口。ＲｘＢＤ的数据结构如表２所示。 壁臣一能满足设计要求，而且成本低廉、易购。所以选择 每个ＲｘＢＤ管理内存中的１个ＢＵＦＦＥＲ区． ＲＳ＿４８５来完成通信系统设计，如图３所示。 在软件编程方面，首先要设置ＳＣＣ口的通道参 数，本设计中将ＳＣＣ３设置为ＨＤＬＣ模式。然后设计 驱动程序，驱动程序运行时首先进行ＳＣＣ３以及存 储区的初始化。其次才进行收发操作。ＳＣＣ３及存储 区的初始化过程概括为：初始化ＳＤＣＲ以提供Ｕ总 线上的优先级＿＋设置ＳＩＣＲ将时钟连接到ＳＣＣ３＿＋ 设置ＳＣＣ３参数ＲＡＭ最大接收缓存长度＿＋对命令 寄存器（ＣＰＣＲ）写入相应命令初始化发送和接收参 图３ ＮＣＰ板和其他单板通信示意图 数＿＋初始化ＨＤＬＣ参数ＲＡＭ，包括 错误计数器和帧地址域＿＋初始化接 收和发送缓存描述字＿＋初始化屏蔽 寄存器以允许期望的事件发生的中 断＿＋初始化ＣＩＭＲ以允许ＣＰＭ设备 产生中断＿＋初始化通用ＳＣＣ３方式 寄存器高、低位＿＋初始化协议定义方 式寄存器，包括标志的数量，ＨＤＬｃ 总线方式。标志共享允许等＿＋设置 ＳＣＣ３方式寄存器低位（ＧＳＭＲ．．．ＬＸ） 图４接收流程 维普资讯 http://www.cqvip.com
基于ＨＤＬＣ协议的高速ＳＤＨ传输系统板间通信的设计与实现 一３１一 ＢＤ Ｂａｓｅ ０ｆｆｓｅｔ Ｆｉｅｌｄ Ｏ如１０ Ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ Ｏ如ｌ２ Ｄａｔａｌｅｎｇｔｈ Ｏｘ０４ Ｈｉｇｈ—ｏｒｄｅｒ ｏｆｂｕｆｆｅｒ ｐｏｉｎｔｅｒ Ｏ如ｌ６ Ｌｏｗ—ｏｒｄｅｒ ｏｆｂｕｆｆｅｒ ｐｏｉｎｔｅｒ ＲｘＢＤ中确定了这个ＢＵＦＦＥＲ区的首地址和末地 址。ＣＰＭ将要接收的数据会被置于这个ＢＵＦＦＥＲ区 里，Ｄａｔａ ｌｅｎｇｔｈ描述了数据的长度，Ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ ＣＯｎ． ｔｒｏｌ描述了数据和ＢＵＦＦＥＲ区的状态。驱动程序通 过设置、读取ＲｘＢＤ中的各参数来判断数据和 ＢＵＦＦＥＲ的状态。控制数据的收发。 多个ＲｘＢＤ可以在ＤＰＲＡＭ或者内存中连续放 置，构成１个ＲｘＢＤ表，让ＣＰＭ的控制器可以在驱 动程序介入处理之前接收或者发送多帧数据。数据 帧数由ＲｘＢＤ表的个数所确定。 发送过程和接收相似。限于篇幅，不再赘述。 ３．３测试结果和性能分析 按照流程图，采用Ｃ语言编程，并在ＰＳＯＳ嗍操 作系统上运行调试，为了检查测试ＳＣＣ３口的丢包 率等性能。专门模仿ＴＣＰ／Ｉｌ，中的ｐｉｎｇ命令编制了１ 条ｓｐｉｎｇ命令，用大数据包（１ ０２４字节）长时间的测 试ＳＣＣ３口，测试的命令是： ｓｐｉｎｇ子架号槽位号ｅｐｕ号包大小次数最大 时间间隔（１Ｏｍｓ为单位） 测试平台如图５所示。接有网线的单板是ＮＣＰ 板，左下边是光板，微机通过网线经交换机和ＮＣＰ 板进行通信，运行ｔｅｌｎｅｔ命令后相当于对ＮＣＰ板自 身的操作。ＮＣＰ板和光板通过背板以ＨＤＬＣ协议 进行通信，此时执行ｓｐｉｎｇ命令便能测试ＳＣＣ３口的 性能。图５是用于实测的硬件平台。实测时，为了验 证对大数据包的处理能力，采用了１ ０２４字节。并且 重复了１ ０００次， 从测试结果看出：传输大数据包的丢包率为 零；从传输速率来看，平均７０ｍｓ的时间包括发出和 接收的时间，单程是３５ｍｓ。换算成实际的传输速率 约为２３４．Ｉｋｂ／ｓ。因为测试是在一块正常运行的单 板上进行的，ＭＣＵ除了处理ＨＤＬＣ通信外，大部分 资源都是在处理其他功能，因此实际测试结果要比 机架 运行通信调试软件 图５ ＳＣＣ３口测试平台 理论值速率低很多。但从目前传输系统板间通信所 需的数据量来看，实测结果已经满足要求。 ４ 结束语 本文针对ＵＡＲＴ在板间通信的局限性提出了 采用ＨＤＬＣ协议重新设计的方法，并采用ＭＰＣ８５２Ｔ 实现了设计方案．通过编写驱动程序在ＰＳＯＳ操作 系统上进行调试，取得了比较满意的结果。利用该 方法已完成了ＳＤＨ系统设备的研发．产品目前稳定 可靠。该设计方法还可以延伸到路由器设备、移动 通信基站、接入设备等单板之间的通信，具有比较 高的应用价值。 参考文献： 【ｌ】ＩＳＯ３３ｏ９，Ｄａｔａ ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｗＨＢＬＣ Ｐｒｏｃｅ－ ｄｕｒｅｓ－Ｆｒａｍｅ Ｓｔｍｃｔｕｒｅ［Ｓ】，１９７９． 【２］韦乐平．光同步数字传送网【Ｍ】．第２版．北京：人 民邮电出版社，１９９８． ［３３】 ＭＰＣ８５２Ｔ Ｈａｒｄｗａｒｅ Ｓｐｅｃｉｉｆｃａｔｉｏｎ ＲＥＶ．２．Ｏ［ｚ】． Ｍｏｔｏｒｏｌａ．２００３． 【４】ＰＳＯＳｙｓｔｅｍ Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｏｎｃｅｐｔｓ［Ｚ】．Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃ．，１９９９． 『５】袁鹏，陈 巨，吴岱金．基于８０２．１６ａ协议的野 战指挥所局城网【Ｊ】．现代电子技术，２００５，２８（１）： ３４－３６． 【６］袁涛，彭月平．软交换及其网络互通应用方案【Ｊ】． 现代电子技术，２００５，２８（１１）：５０－５２． 作者简介：张剑伟，电子科技大学电子工程学院硕 士研宄生．研究方向为信号与信息处理。 收稿日期：２００５—Ｏ８一ｌ８ 咨询编号：０６０３０８
