| 摘要：介紹了PowerPC MPC860的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、主要功能和性能特性,描述了它在七號(hào)信令網(wǎng)關(guān)中的應(yīng)用,突出了其良好的性能及在七號(hào)信令網(wǎng)關(guān)中的重要地位。 關(guān)鍵詞：PowerPC MPC860 通信處理模塊 七號(hào)信令 1 MPC860介紹 PMC860是Motorola PowerPC系列CPU芯片主導(dǎo)產(chǎn)品,是互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信及控制領(lǐng)域使用較多、性能相當(dāng)優(yōu)越的嵌入式微處理器,內(nèi)部集成了微處理器和一些通信領(lǐng)域的常用外圍設(shè)備控制組件。MPC860相對(duì)先前的68K系列,性能和功能都有了大幅提高,CPU處理速度更快,通信處理能力強(qiáng)大。 MPC860結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。 由圖1可以看出,MPC860主要可分為三部分：PowerPC處理器核、系統(tǒng)接口單元（SIU）和通信處理模塊（CPM）。 嵌入式PowerPC內(nèi)核是主要的核心處理機(jī)單元,采用USIA(User Instruction Set Architecture)結(jié)構(gòu)和全靜態(tài)設(shè)計(jì),擁有整形單元IU（Integer Unit）和加載/存儲(chǔ)單元LSU(Load/Store Unit),支持32位內(nèi)/外部總線接口。它包括4KB數(shù)據(jù)和指令高速緩存;集成有存儲(chǔ)管理單元MMU;在50MHz時(shí)鐘輸入時(shí)擁有66MIPS的指令處理速度。 通信處理機(jī)模塊主要包括RISC處理器、四個(gè)串行通信控制器（SCC）、兩個(gè)串行管理控制器（SMC）、一個(gè)串行外圍接口電路（SPI）、一個(gè)I2C(Inter-Integrated Circuit)接口、5KB雙端口RAM、三個(gè)并行I/O端口、四個(gè)獨(dú)立的波特率發(fā)生器以及16位支持SCC、SMC、SPI和I2C的串行DMA通道。SCC可支持以太網(wǎng)、HDLC/SDLC、HDLC總線、AppleTalk、7號(hào)信令系統(tǒng)、UART、BISYNC、透明傳輸、支持PPP的異步HDLC等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議;SMC則可支持UART和透明傳輸?shù)饶Ｊ�。CPM在幾個(gè)不同的通信組件如SCC和SMC上可以同時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù),所有的通信組件可以獨(dú)立地工作。SCC和SMC的物理接口由串行接口SI(Serial Interface)實(shí)現(xiàn),SI允許SCC和SMC有兩種外部連接方式：時(shí)分復(fù)用（TDM）接口引腳和非時(shí)分復(fù)用串行接口（NMSI）時(shí)的專用引腳。時(shí)分復(fù)用接口由MPC860的TDM引腳和時(shí)隙分配器（TSA）實(shí)現(xiàn)。MPC860提供兩個(gè)TDM接口（TDMa、TDMb）,用戶可以通過(guò)編程TSA來(lái)實(shí)現(xiàn)TDM和SCC、SMC之間的數(shù)據(jù)路由。每個(gè)通信設(shè)備都有獨(dú)立的DMA控制器,32位RISC控制這16個(gè)串行DMA在通信設(shè)備與雙端口RAM或外部SDRAM之間傳送數(shù)據(jù)。接收數(shù)據(jù)時(shí),串行DMA從通信設(shè)備接收數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)存入雙端口RAM或外部SDRAM中;發(fā)送時(shí)順序相反,串行DMA從雙端口RAM或外部SDRAM中讀取數(shù)據(jù),由通信設(shè)備完成數(shù)據(jù)的發(fā)送。 MPC860采用雙處理器結(jié)構(gòu),內(nèi)部集成PowerPC Processor和CPM RISC Processor。PowerPC執(zhí)行高層代碼,完成對(duì)外設(shè)的配置;RISC用來(lái)處理通信控制中的底層通信任務(wù)。兩個(gè)處理器通過(guò)內(nèi)部的5KB雙端口RAM相互配合工作。在該存儲(chǔ)區(qū),每個(gè)處理器都可以根據(jù)運(yùn)行情況獨(dú)立設(shè)置控制位、讀取狀態(tài)位。由于CPM分擔(dān)了嵌入式PowerPC的外圍工作任務(wù),減少了PowerPC對(duì)底層通信任務(wù)的干預(yù),因而提高了PowerPC的工作效率。 2 七層信令系統(tǒng) 七號(hào)信令系統(tǒng)是數(shù)字通信網(wǎng)中采用最多的公共信道信號(hào)技術(shù),它由消息傳遞部分（MTP）和用戶部分(UP)組成。消息傳遞部分又可分為信令數(shù)據(jù)鏈路、信令鏈咱和信令網(wǎng)三部分,即通常所稱的MTP1、MTP2和MTP3;用戶部分則可分為電話用戶部分（TUP）、數(shù)據(jù)用戶部分（DUP）和ISDN用戶部分（ISDN-UP）。其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。 信令數(shù)據(jù)鏈路（MTP1）是指信令傳遞的物理介質(zhì),主要定義了信令數(shù)據(jù)鏈路的物理、電氣和功能特性,規(guī)定與數(shù)據(jù)鏈路的連接方式,為信令鏈路提供信息載體。信令鏈路（MTP2）規(guī)定信令消息在信令數(shù)據(jù)鏈路上傳遞的功能和程序,與信令數(shù)據(jù)鏈路一起為兩點(diǎn)間信令傳遞提供可靠的功能和程序,主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)消息路由、消息識(shí)別、消息分配以及信令業(yè)務(wù)量管理、信令鏈路管理和信令路由管理等功能。 隨著七號(hào)信令的普及,七號(hào)信令的業(yè)務(wù)量不斷增加,特別是在移動(dòng)信令網(wǎng)上,原有64kbps信令鏈路已經(jīng)不能完全適應(yīng)業(yè)務(wù)量增長(zhǎng)的需求,對(duì)2Mbps高速信令鏈路的需求日益迫切。在下面的設(shè)計(jì)中,同時(shí)提供了64kbps和2Mbps兩種迫令鏈路,以滿足不同業(yè)務(wù)的需求。 七號(hào)信令處理子系統(tǒng)是七號(hào)信令網(wǎng)關(guān)的一部分,主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)MTP中一、二級(jí)功能,同時(shí)為二、三級(jí)提供可靠的數(shù)據(jù)通路。 3.1 硬件組成 七號(hào)信令處理子系統(tǒng)的硬件主要由核心處理器MPC860、數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)（DSN）、E1接口模塊、內(nèi)存SDRAM、引導(dǎo)FLASH和HDLC控制器組成,結(jié)構(gòu)如圖3所示。 E1接口模塊選用集成有E1成幀器（FRAMER）和線路接口單元（LIU）的專用E1收發(fā)器。E1收發(fā)器直接掛接到MPC860 PPC總線上,由MPC860配置。在接收方向,每4路E1復(fù)用為128通道的8.192Mbps H-MVIP（大容量多路復(fù)選綜合協(xié)議）接口數(shù)據(jù)（與H-100兼容）;發(fā)送方向相反,8.192Mbps H-MVIP分用出4路E1。線路接口單元完成數(shù)據(jù)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換,有B8ZS、HDB3和AMI三種數(shù)據(jù)編解碼方法可供選擇。 數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)可以采用專用的多速率交換芯片實(shí)現(xiàn)。將多條E1鏈路的任意32或64時(shí)隙交換到MPC860的串行通道SCCn(n可以為1,2,3,4中的一個(gè)或多個(gè))上。交換芯片的配置也是由MPC860完成,根據(jù)交換配置的不同,可以實(shí)現(xiàn)64Kbps和2Mbps兩種不同的信令鏈路。 與數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)相連的串行通道SCCn和MPC860的QMC控制。QMC（QUICC Multichannel Controller）是QUICC多通道控制器的簡(jiǎn)稱。每個(gè)SCC都可以工作在QMC模式下,獨(dú)立支持64條信道,并且允許將64條信道任意映射到TDM中的64個(gè)時(shí)隙。QMC同時(shí)使用TSA的兩個(gè)TDM（TDMa和TDMb）,每條信道可以獨(dú)立地配置成HDLC或透明傳輸（transparent）模式。 HDLC控制器為MTP2與MTP3通信提供可靠的物理鏈路,每個(gè)HDLC控制器可以提供多條HDLC鏈路。HDLC控制器由MPC860通過(guò)PCI橋配置,PCI橋則由專門的橋接芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。橋接芯片和MPC860通過(guò)PPC總線相連（稱作Qbus）,與HDLC控制器都掛接在PCI總線上。橋接芯片完成Qbus和PCI總線之間電路特性的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)傳遞以及地址和存儲(chǔ)空間的映射。 內(nèi)存（SDRAM）用來(lái)存放用戶數(shù)據(jù)和代碼,為程序運(yùn)行和保存臨時(shí)文件提供空間。由于系統(tǒng)中有不同的總線主設(shè)備要用SDRAM存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和代碼,各設(shè)備并不都能提供內(nèi)部地址復(fù)用功能,所以SDRAM采用外部地址復(fù)用。可以根據(jù)實(shí)際需要采取不同大小的內(nèi)存。上電引導(dǎo)Flash用來(lái)固化上電引導(dǎo)程序、操作系統(tǒng)內(nèi)核以及用戶應(yīng)用程序。 為便于調(diào)試,系統(tǒng)提供RS232串口和10Mbps/100Mbps網(wǎng)口與計(jì)算機(jī)通信。串口使用MPC860的SMC1或SCM2,通過(guò)RS232收發(fā)器完成RS232電平轉(zhuǎn)換。10Mbps和100Mbps網(wǎng)口可分別采用串行通信控制器SCC和快速以太網(wǎng)控制器FEC。通過(guò)這些調(diào)試口可以完成操作系統(tǒng)內(nèi)核和應(yīng)用程序的加載,對(duì)系統(tǒng)性能和運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。 另外系統(tǒng)還采用MPC860的BDM（Background Debug Mode）作為系統(tǒng)的調(diào)試端口,應(yīng)用VisionCLICK或XRAY等調(diào)試軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試,完成操作系統(tǒng)內(nèi)核的加載和固化等。 可編程邏輯模塊CPLD主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)： （1） 各模塊間時(shí)序關(guān)系的調(diào)整; （2） 譯碼邏輯; （3） 系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè); （4） 為調(diào)試而設(shè)計(jì)的其他相關(guān)邏輯控制。 （5） CPLD的具體實(shí)現(xiàn)可以有多種選擇,如Xilinx的Foundation、Maxplus等。 3.2 軟件實(shí)現(xiàn) 針對(duì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì),系統(tǒng)軟件分成相應(yīng)的幾個(gè)模塊,主要包括BSP、數(shù)據(jù)鏈路初始化和MTP2,如圖4所示。 （2）初始化模塊包括了對(duì)E1接口、數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)、HDLC控制模塊和橋接芯片的初始化,使得各模塊處于激活或工作狀態(tài); （3）MTP2一方面根據(jù)MTP3的編程功能,把要發(fā)送的信令消息發(fā)到信令數(shù)據(jù)鏈路上去,同時(shí)把接收的信令消息傳送到MTP3;另一方面,還要在信令點(diǎn)終端內(nèi)或兩個(gè)終端之間傳遞信令鏈路狀態(tài)信息及處理機(jī)狀態(tài)信道,并根據(jù)這些信息采取一定的控制處理措施。MTP2可分為鏈路狀態(tài)控制、起始定位控制、處理機(jī)故障控制、基本發(fā)送控制、基本接收控制、定位誤差率監(jiān)視、信號(hào)單元誤差監(jiān)視和擁塞控制等模塊。 七號(hào)信令處理子系統(tǒng)為用戶提供了64kbps和2Mbps兩種信令鏈路,可以滿足不同的業(yè)務(wù)需求。MPC860作為主控器件,很好地完成了對(duì)各子模塊的配置和監(jiān)控,其快捷的處理速度和強(qiáng)大的通信處理能力為系統(tǒng)提供了很好的實(shí)時(shí)性。 |
