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SDH指針下泄專用集成電路MXTULPx8-5的設計和應用
摘要：發展同步數字序列（SDH）技術必須依賴專用集成電路。介紹了清華大學自主研制和開發的SDH指針下泄專用集成電路MXTULPx8-5的特性。這一芯片能夠通過處理低階支路（TU3、TU12、TU11）的指針，來補償輸入和輸出高階AU4管理單元同步凈荷封裝幀速率間的偽同步關系，從而對齊這些支路，為SDH支路單元交叉連接芯片的工作提供方便。還介紹了芯片設計時所使用的電路時分復用技術，分析了支路彈性存儲器的容量，給出了應用MXTULPx8-5芯片的一個實例。作為一種全新的網絡傳輸體制，自從20世紀90年代出現以來，SDH網絡以其靈活性和方便性等各個方面的優越性，迅速成為通信網絡的骨干網絡。現在我國雖然在開發研制SDH的通信設備方面取得了很大的成績，但是國內廠家SDH設備的關鍵核心芯片大多數是進口的。而從長遠的觀點來看，SOC片上系統是通信設備發展的趨勢。因此提高ASIC設計的水平，開始具有自主知識產權的通信專用集成電路，對降低通信設備的成本、提高國家通信產業的整體競爭能力都具有深遠的影響。
為了滿足通信產業國產化的迫切要求，清華大學電子工程系開發了一系列具有自主知識產權的大規模通信專用集成電路。其中MXTULPx8-5是最新開發的一種SDH指針下泄專用集成電路，能夠廣泛地應用在SDH的網絡設備中，具有很好的應用前景。
1 MXTULPx8-5芯片特性
當前，PMC-Sierra公司開發的PM5362和PC5363芯片是一種比較常見的SDH支路單元凈荷處理器，能夠分別處理一路STM-1和一路STM-4的數據流。它們被廣泛地應用于國產的SDH交叉連接的設備中。而清華大學電子工程系獨立開發的SDH指針下泄處理芯片MXTULPx8-5，能夠對齊八路STM-1或兩路STM-4的數據流中的支路單元，在功能上可以代替八片PM5362或兩片PM5362芯片。很明顯，MXTULPx8-5能夠大幅度降低交叉連接設備的成本和尺寸。
SDH指針下泄芯片MXTULPx8-5是一個用來對齊支路單元的可配置的多通道的支路凈荷處理器單元集成電路。它采用0.25μm低功耗CMOS 工藝，304管腳HQFP封裝，支持工業溫度范圍（-40℃～85℃），規模為150萬門。下面是它的一些工作特性：
·將輸入的2個STM-4或8個STM-1的字節串行流中的8個AU4管理單元中的支路凈荷，轉移到相應輸出的支路單元中。
·通過處理低階段支路（TU3、TU12或TU11）的指針，來補償輸入和輸出高階AU4管理單元同步凈荷封裝幀速率間的準同步關系。
·在TUG3基礎上可以配置成TU3、TU12、TU11支持的任何合法組合。
·在網管軟件的控制下可對任一支中插入全0碼、全1碼或NDF新數據標識。
·檢測每一支路的LOP指針丟失、AIS通道告警指示、支路指針正負調整和支路彈性存儲上溢下溢錯誤的狀態，并可配置在上述事件發生時產生中斷。
·可以將輸入和輸出接口獨立配置成77.76MHz的STM-4字節接口模式、19.44MHz的STM-1字節接口模式或38.88MHz的STM-1半字節接口模式。
·提供一個通用的8比特微處理器總線接口來對芯片進行配置、控制和狀態監控。
2 MXTULPx8-5芯片結構
MXTULPx8-5芯片功能模塊框圖如圖1所示，包含有以下幾個模塊：一個輸入和輸出接口模塊，一個MCU接口模塊和JTAG測試控制器，8個VC4處理器。當輸入接口為STM-4字節接口模式時，輸入的2路STM-4數據流被分成8個STM-1數據流，并被獨立地輸入到8個VC4處理器中。當輸出接口為STM-4接口模式時，處理過的8路STM-1數據流被合并成2路STM-4數據流輸出。MCU接口模塊提供了一個通用的8比特微處理器總線接口來對芯片進行配置、操作和狀態監控。JTAG測試控制器模塊提供邊界掃描功能。每一個VC4處理器處理一路STM-1數據流，它包括輸入解復用器、輸出復用器和3個TUG3處理器。輸入解復用器將輸入的STM-1數據流分發給三個TUG3支路凈荷處理器、輸出復用器將三個處理過的TUG3數據流合并在一起，形成一個VC4的數據流輸出。每一個TUG3支路凈荷處理器，可以配置成3種工作模式：TU3模式、TU12模式和TU11模式。它通過指針解釋和指針調整操作對齊支路完成指針下泄功能。
3 核心技術
按照ITU-T建議G.707的規定，低階虛容器在復用到STM-x幀結構之前，都應當選被映射到相應的TU支路單元中。一個TU支路單元承載一個低階虛容器，也就是說，在SDH幀結構中低階虛容器和TU是一一對應的。因此在SDH交叉連接中TU支路單元將代替虛容器（VC）作為交換的實體。因為不同大小的TU都可以在SDH數據幀中占據固定的例，因此可以用簡單的列交換方法來實現TU的交叉連接。如果想將輸入的TU交叉連接在輸出的STM-1數據流上，可以通過設置交換矩陣將特定的TU支路單元占據的列轉移到輸出流中STM-1幀中的具體位置。這種列交換方法的前提就是支路單元TU在輸入STM-1幀中占據固定的列。按照ITU-T建議規定，高階虛容器由于指針的緣故相對于STM-1幀可以有微小的頻率和相位差異。這樣就要求輸入的STM-1數據流在被送到交叉連接矩陣之前，必須經過預處理使它們符合交換。通過處理SDH支路單元TU指針可將高階虛容器同STM-1的幀嚴格對齊，從而保證高階虛容器中封裝的TU支路單元在處理過的STM-1幀中占據固定的列，為對齊后的支路單元TU進行列交換創造條件。從效果上看就好像高階AU4管理單元的指針調整事件被吸收到低價TU支路單元的指針調整事件中，從而消除了高階虛容器同STM-1幀之間的準同步關系，保證了兩者之間嚴格的頻率和相位同步。這種方法通常被稱為“指針下泄”。
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