4路E1反向复用FPGA设计方案.doc

第 1 页 共 52 页 4 路路 e1 反向复用反向复用 fpga 设计方案设计方案 第 2 页 共 52 页 目 录 1 4 路路 e1 反向复用反向复用 fpga 设计方案设计方案.5 1 系统工作特点系统工作特点5 2 检测和建链、拆链检测和建链、拆链5 2.1 寄存器定义.5 2.2 检测和建链过程：.7 2.3 拆链、重新建链和带宽自动调整.10 2.4 信令定义.11 2.5 复帧和宏帧.12 2.5.1 复帧的收发与同步.12 2.5.2 宏帧的收发与同步13 3 发送模块和接受模块工作流程发送模块和接受模块工作流程15 4 系统组成功能框图系统组成功能框图20 5 cpu 接口接口 .21 5.1 功能.21 5.2 寄存器.21 5.2.1 配置寄存器(reg_config) 22 5.2.2 状态寄存器23 5.3 cpu 模块功能框图.30 5.4 cpu 接口工作特点.31 5.4.1 cpu中断响应31 5.4.2 cpu对芯片复位31 6 各模块接口信号各模块接口信号32 6.1 im 发送模块接口信号32 6.2 信令插入和 4e1 成帧模块接口信号.34 6.3 hdb3 编码模块接口信号36 6.4 e1 环回处理模块接口信号 37 6.5 hdb3 解码模块接口信号 38 6.6 4e1 解帧和信令提起模块接口信号 39 6.7 im 接受模块接口信号41 6.8 系统控制模块接口信号.46 6.9 发送状态机接口信号.48 6.10 接受状态机接口信号.49 6.11 时钟模块接口信号.51 6.12 cpu 接口模块接口信号.52 6.13 主要寄存器.53 第 3 页 共 52 页 目 录 4 路路 e1 反向复用反向复用 fpga 设计方案设计方案.6 1 系统工作特点系统工作特点6 2 检测和建链、拆链检测和建链、拆链6 2.1 寄存器定义.6 2.2 检测和建链过程：.8 2.3 拆链、重新建链和带宽自动调整.12 2.4 信令定义.12 2.5 复帧和宏帧.14 2.5.1 复帧的收发与同步.14 2.5.2 宏帧的收发与同步15 3 发送模块和接受模块工作流程发送模块和接受模块工作流程17 4 系统组成功能框图系统组成功能框图22 5 cpu 接口接口 .23 5.1 功能.23 5.2 寄存器.23 第 4 页 共 52 页 5.2.1 配置寄存器(reg_config) 24 5.2.2 状态寄存器25 5.3 cpu 模块功能框图.32 5.4 cpu 接口工作特点.33 5.4.1 cpu中断响应33 5.4.2 cpu对芯片复位33 6 各模块接口信号各模块接口信号34 6.1 im 发送模块接口信号34 6.2 信令插入和 4e1 成帧模块接口信号.36 6.3 hdb3 编码模块接口信号38 6.4 e1 环回处理模块接口信号 39 6.5 hdb3 解码模块接口信号 40 6.6 4e1 解帧和信令提起模块接口信号 41 6.7 im 接受模块接口信号43 6.8 系统控制模块接口信号.48 6.9 发送状态机接口信号.50 6.10 接受状态机接口信号.52 6.11 时钟模块接口信号.54 6.12 cpu 接口模块接口信号.55 6.13 主要寄存器.56 第 5 页 共 52 页 4 路路 e1 反向复用反向复用 fpga 设计方设计方 案案 1 系统工作特点系统工作特点 发送和接受方向同时工作，本地和远端是对称的,可以实现全双工透明传输；编码 器接发送模块接口，解码器接接受模块接口，余下的接口不用，其中发送模块接口数 据线接上拉电阻。上电后系统自动进行检测，只要远端也上电且 e1 传输链路工作正 常，则经过一段时间的检测和初始化后本地和远端自动建立链路，系统进入传输状态， 不管外界是否提供数据给发送模块接口，系统照样处于透明传输状态，一旦有数据， 自动传输。 2 检测和建链、拆链检测和建链、拆链 2.1 寄存器定义寄存器定义 发送方向：发送奇帧 ts16 寄存器ts16_o_t：存放本地发送 e1 状态号（1 路）和对 端发送 e1 的可用状态（4 路，由本地接受模块检测出来）； 发送偶帧 ts16 寄存器 ts16_e_t：存放本地接受 e1 的通断状态（4 路， 由本地接受模块检测出来）； 接受方向：接受奇帧 ts16 寄存器ts16_o_r：存放对端发送 e1 状态号（1 路）和本 地发送 e1 的可用状态（4 路，由对端接受模块检测出来）； 接受偶帧 ts16 寄存器 ts16_e_r：存放本地发送 e1 通断状态（4 路，由 对端接受模块检测出来）； 上述寄存器每 2 帧更新一次； 接受数据寄存器 data _r，存放接受数据流一个时隙的数据； 发送数据寄存器 data _t，存放发送数据流一个时隙的数据； 以接受模块为主导，使发送模块和接受模块的状态同步，本地和远端的状态同步， 4 路 e1 的状态同步。 信道检测由接受模块完成，发送模块配合发送测试码。 接受模块的功能：检测发送方向、接受方向的信道连通状态、超时状态。 方法：检测和抽出 ts16 的信令进行分析。 接受模块检测到本地接受 e1 的信道状态后，先进行本地配置，然后将检测结果通过 ts16 发送到对端发送模块知道，使之也进行相应的配置，这样本地接受和远端发送 的配置就保持一致了。 本地的发送模块和接受模块的状态并不要求同步，但要求本地收和远端发的状态保 持同步。 第 6 页 共 52 页 发送方向 ts16 传接受方向 e1 的信道状态（由接受模块检测） ，接受方向 ts16 传 来本地发送方向 e1 的信道状态（由对端接受模块检测，对端发送模块发送过来） 。 状态转换时钟：帧头信号，即在一帧结束后下一帧才进入新的状态。 检测态 1 进入检测态 2 的条件是：知道本身 e1 信道的通断状态时才转化。一旦发 现有连通的 e1，则进行状态转换：连通的信道进入检测态 2，断开的信道继续留在 检测态 1。 检测态 2 进入初始化状态的条件是：知道本身 e1 信道的可用与不可用状态时才转 化。 ts16 寄存器始终在更新，不要求严格跟状态同步。 在检测态 1，发送模块 4 路 e1 同时连续发送 test1 码（成基本帧） ； 在检测态 2，发送模块 4 路 e1 同时连续发送 test2 码（成基本帧） ； 在检测态 1，接受模块检测帧同步 lof0 的时刻并开始计时； 在检测态 2，接受模块检测 test2 码到来的时刻并开始计时（连续收到 15 个 test2 码时开始计时，记满 128ms 为止。128ms 内收到 test2 码的 e1 属于可用 e1，未收到 test2 码的 e1 属于超时 e1） ，当然还要检测状态号。注意：对端发送 test2 码是同时的。 发送模块通过监视 ts16 的信息来进行状态转换； 接受模块自己检测，检测完毕后自动进行状态转换，同时将检测结果传到对端发送 模块。 第 7 页 共 52 页 2.2 检测和建链过程：检测和建链过程： 检测态 1： 复位后，发送模块和接受模块 4 路 e1 同时进入各自的检测态 1； 发送方向：4 路同时发送 test1 码，奇帧 ts16 传送发送方向 e1 状态号，偶帧 ts16 传接受方向 e1 通断状态（由接受模块检测） 。 接受方向：4 路同时接受 test1 码，注意要检测对端发送模块是否也在检测态 1， 如果在传输状态，则一直等待（即检测到 lof=0 时也不计时） ，直到对端进入检测 态 1（对端接受模块如果处在传输态，若收到对方的状态号为检测态 1，则系统自 动复位） 。如：本端突然在传输态时复位了，则会出现这种情况。 方法：通过检测以及抽出 ts16 的信令进行分析； 目的： 检测 4 路接受信道通断的状态； 使接受模块进入帧同步 状态； 检测完毕时：对连通的接受 e1，使自己进入检测态 2，断 开的接受 e1，继续处在检测态 1； 检测完毕时：将检测到的接受 e1 信道的通断状态通过改写发送偶帧 ts16 寄存器和发送奇帧 ts16 寄存器，在发送 e1 上即时发送出去，但发送 e1 仍然处在检测态 1， 直到接受模块收到有关发送方向 e1 的通断状态信息才进入检测态 2（连通的发送 e1 进入检测态 2，发送 test2 码；断开的发送 e1 仍 然处在检测态 1，继续发 test1 码） 。 检测过程： （1）如果 4 路一直没有建立帧同步，即 los=1、ais=1(有效)，表 示接受信道都断了或者不能连通，也可能是对端还没有上电； 则一直等待，继续处于检测态 1； （2）如果有一路先建立帧同步，即检测到： los=0，ais=0，lof0，奇帧 ts166:4=001（即检测态 1） ， 则从 lof0 的时刻起，在本帧结束时产生一个标志信号 start，从下一帧起开始计时，记满 256ms 为止。 注意如果接受到 ts166:4=011（即传输态） ，则帧同步 建立了也不计时，一直等待，直到 ts166:4=001 时才 能开始计时； 每一路 e1 建立帧同步后都产生一个标志信号 start， 根据标志信号可以计算该路 e1 相对第一个建立帧同步 e1 的相对延时。 256ms 内一直未建立帧同步的，属于断开 e1，接受方 向连通指示信号 e1rx_ok=0； 建立帧同步的，属于连通 e1，接受方向连通指示信号 e1rx_ok=1； 计满 256ms 时，改写发送方向奇偶帧 ts16 寄存器， 表 示接受方向连通和断开 e1 的情况，并通过发送方向 第 8 页 共 52 页 ts16 告知对端； 计满 256ms 时，连通的 e1 同时进入检测态 2（同时是 相对的，即记满 256ms 时，每一路的基本帧发完后才发 检测态 2 的测试码） ，断开的 e1 信道进入检测态 4，继 续检测，搜索帧同步（不检测 test1 码） ； 在检测态 4，若搜索到帧同步，则产生系统复位信号。 检测态 4：只有接受模块才有检测态 4 目的：实时检测断开 e1 的连通状态，一旦连通，则产生系统复位信 号。 操作：接受模块搜索帧同步码，一旦建立帧同步（不必检测 test1 码） ，则产生系统复位信号。 转换条件：接受模块在检测态 1，当记满 256ms 时，可以判断连通的 e1 和断开的 e1，断开的 e1 进入检测态 4。 检测态 2： 目的：检测出连通的 e1 信道之间的相对延时，确定可用 e1 和超时 e1： 转换的条件： 接受模块：在检测态 1，记满 256ms 时，改写接受 方向连通状态寄存器和发送方向偶帧 ts16 寄存器 （以便发送 e1 将接受信道的通断状态发送到对端） 后即进入检测态 2，断开的接受 e1 进入检测态 4； 发送模块：一旦检测到接受方向偶帧 ts16 寄存器 中有发送 e1 的通断信息，则连通的发送 e1 同时进 入检测态 2，同时发送 test2 码。断开的发送 e1 继续留在检测态 1。 操作： 发送模块：连通的发送 e1 同时发送 test2 码； 当接受模块收到奇帧 ts16 传来的本地发送信道可 用状态信息后，发送模块可用 e1 进入初始化状态， 超时 e1 进入检测态 3。 接受模块：接受模块连通的 e1 都检测 test2 码， 以第一个 e1 收到 test2 码的时刻开始计时（连续收 到 15 个 test2 码的时刻作为计时的起始时刻），记 满 128ms 为止。128ms 内收到 test2 码的 e1 属于 可用 e1，未收到 test2 码的 e1 属于超时 e1） ，当 然还要检测状态号。 记满 128ms 时，改写发送方向奇帧 ts16 寄存器 （表示可用 e1 和不可用 e1）并从发送 e1 上传过去， 使对端知道在它自己的发送 e1 上哪些可用，哪些不 第 9 页 共 52 页 可用。然后可用 e1 进入初始化状态，超时 e1 进入 检测态 3。(对端发送模块知道可用 e1 后也进入初 始化状态，超时 e1 进入检测态 3)。 在初始化状态，配置接受信道状态寄存器（可用与 不可用） ，同时等待奇帧 ts16 传来本地发送信道的 可用状态，一旦检测到可用 e1，则发送模块可用 e1 进入初始化状态，超时 e1 进入检测态 3。 检测态 3： 目的：将超时 e1 独立出来，不再使用，除非其延时发生变化，则系 统复位后重新检测，不超时则使用。 转换条件：发送模块：在检测态 2，根据接受 e1 奇帧 ts16 寄存器 （表示发送 e1 的可用状态） 、接受 e1 偶帧 ts16 寄存器（表示发送 e1 的通断状态）可以判断超时 e1；接受模块：直接检测。 操作： 发送 e1 进入检测态 3，连续发送 test1 码，ts16 仍然传信令。除 非系统复位，永不停止； 接受 e1 进入检测态 3，接受到 test1 码，接受 ts16 信令。除非系 统复位，永不停止。 初始化状态： 目的：配置可用 e1 信道，确定系统传输带宽，完成建链； 转换条件： 接受模块：记满 128ms 时，改写发送方向奇帧 ts16 寄存器（表示接 受方向可用 e1 和不可用 e1）并从发送 e1 上传过去，使对端知道在 它自己的发送 e1 上哪些可用，哪些不可用。然后可用 e1 进入初始化 状态，超时 e1 进入检测态 3。 发送模块：当接受模块收到奇帧 ts16 传来的本地发送信道可用状态 信息后，发送模块可用 e1 进入初始化状态，超时 e1 进入检测态 3。 操作： 发送模块：根据发送可用 e1 配置发送信道状态寄存器，产生发送时 钟。 接受模块：根据接受可用 e1 配置接受信道状态寄存器，产生接受时 钟。 传输状态： 目的：根据建立的链路和带宽传输数据，发送方向和接受方向单独传 输，但信令走相反的方向； 转换条件： 接受模块：等待对端发送模块发送奇帧 ts16 寄存器（每帧更新一 次）中有可用 e1 时，发送模块进入初始化状态，同时接受模块本身 进入传输状态。 发送模块：初始化状态完成配置后，直接在下一帧进入传输状态。 第 10 页 共 52 页 操作： 接受模块：进入传输状态后，搜索复帧同步和宏帧同步，宏帧同 步建立后，输出接受数据有效指示 tx_ready 1（有效） 。 根据可用 e1 信道号，按顺序写接受 fifo 和读 fifo。 复帧失步和宏帧失步都产生系统复位信号。 发送模块：进入传输状态后立即输出发送数据有效指示 rx_ready 1（有效）,然后对输入数据线采样，将采样数据按顺序写入可用 e1 的 fifo 中，在 fifo 没有写满之前，发送空闲码 idle 03h。fifo 写满后，从 fifo 中读取数据并组织复帧和宏帧发送。发送 空闲码时只组织基本帧发送。 环回处理：为了简化，只进行 e1 环回，其他环回功能暂不加入。 e1 环回分为本地环回和远端环回： 本地 e1 环回：指发送方向所有 e1 经过芯片内部直接环回到接受 方向的所有 e1 上。传输态时，los，ais，lof 有效时不产生系统复位 信号。 当发送模块 4 路都进入传输态时，则进行短路和断路操作。 远端 e1 环回：指接受方向的可用 e1 经过芯片内部时不作任何处 理就从发送方向的可用 e1 口输出。 当本地和远端收发模块都进入传输态时（共 4 个模块）才进行短 路和断路操作。 e1 环回的作用：可以进行本地和远端环回测试，检测 e1 传输网 是否正常和本地系统是否正常。 e1 环回的条件：只有检测到发送方向的可用 e1 和接受方向的可 用 e1 的信道号完全一致时远端环回才有意义，本地环回不作要求。 输出环回有效指示信号为 e1lp_valid,高电平有效，低电平无效。若 检测到远端为远端环回，则输出 remote_e1loop=1，表示远端进行了 环回。 本地 e1 环回 远端 e1 环回 本 地 本 地 远 端 第 11 页 共 52 页 2.3 拆链、重新建链和带宽自动调整拆链、重新建链和带宽自动调整 链路建链后，本地和远端系统都处于传输状态。 当某一 e1 突然断了，则接受模块能检测到 los 或者 ais；或者当原来断开的 e1 突然连通了，这时接受模块能检测到 lof0。 上述两种情况下，都产生系统复位信号，系统自动进入检测态 1；对端在传输态如果 检测到对方处于检测态 1（通过接受到的奇帧 ts16 可以知道） ，则产生系统复位信号（注 意：如果在检测态 1 则不产生复位信号） ，从而也进入检测态 1。这样，原来的链路自动拆 除，本地和远端重新初始化，重新建链，达到带宽自动调整的目的。 也可以这样处理：当某一 e1 突然断了时，不使系统复位，而是通过奇帧 ts16 传输到 对端，对端收到后也拆除该路 e1。 但是，如果是原来断开的 e1 突然连通了，则必须系统复位，因为要统一检测连通的 e1 之间的相对延时是否超时。 2.4 信令定义信令定义 可用 e1：连通且相对延时不超过 128ms。发送和接受信道的可用 e1 相对独立，传输也 相对独立，只有收发两个方向的可用 e1 信道号完全一致时环回才有意义。 信令描述： 在检测态，每一路单独检测。发基本帧，ts16 传信令。 发送方向 ts16 信令：传本地接受 e1 的情况，如本地接受 e1 的通断和超时 状态（由本地接受模块检测）。也传本地对远端的复位信令； 接受方向 ts16 信令：表示本地发送 e1 的情况，如本地发送 e1 的通断和超 时状态（由对端接受模块检测）。 奇帧或者偶帧 ts16 寄存器每 2 帧更新一次。 e1 的本地和远端环回 第 12 页 共 52 页 1） ts16 信令的定义： 奇帧 ts16（所有状态）：传本路 e1 状态号（高 4 位）和 4 路 e1 的可用状态（低 4 位）： bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit0比特 00000000复位值 宏帧同步 指示： 1：同步； 0：不同步 lomegef 本路 e1 状态号： 000 为复位态 001 为检测态 1 010 为检测态 2 011 为检测态 3 100 为检测态 4 101 为初始化态 110 为传输态 3 路指示 1：可用 0：不可 用 2 路指示 1：可用 0：不可 用 1 路指示 1：可用 0：不可 用 0 路指示 1：可用 0：不可 用 意义 偶帧 ts16（非传输态）：传 4 路 e1 的共同信息，即通断状态和本端环回状态。 bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit0比特 00000000复位 值 本端 e1lp_remote 1：设置环回； 0：开路 3 路 通断指 示 1 为通 0 为断 2 路 通断指 示 1 为通 0 为断 1 路 通断指 示 1 为通 0 为断 0 路 通断指 示 1 为通 0 为断 意义 偶帧 ts16（传输态）：传本路 e1 本传输方向信息 bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit0比特 00000000复位值 复帧编号：0255意义 2） 测试码 test1： 测试信道的通断状态，定义 test1 = 01h；在检测态 1，数据时隙发送 test1 码， ts16 发送信令，其中 ts16 的 bit64 表示状态号；在传输态，如果收到信令 ts16 中的状态号为检测态 1，则表示对端复位后回到了检测态 1，所以此时应该产生系统复 位信号，以便也回到复位状态，使本地和远端的状态同步； 3） 测试码 test2： 测试信道的可用状态：只对连通的 e1 进行测试，有可用、超时 2 种状态，定义 test2 = 02h； 第 13 页 共 52 页 4） 空闲码 idle： 在 imt 模块中当发送 fifo 还未写满之前发送的码，以便保证 pcm32 个时隙中有 数据。定义 idle 03h。 2.5 复帧和宏帧复帧和宏帧 2.5.1 复帧的收发与同步复帧的收发与同步 1） 发送 复帧定位的方法：使用 ts0 的 sa6 sa7 sa8 给奇帧编号，sa6，sa5 始终置 0。 偶帧 ts0 = 10011011; 奇帧 ts0 11000*； * 代表 sa8 sa7 sa6 1，3，5，7，9，11，13，15。 2） 接受 接受部分包括基本帧同步，复帧同步，宏帧同步。其中基本帧同步和复帧同步 在 e1 解帧和信令提起模块中完成，输出帧头 fp、复帧帧头 mfp 以及 pcm 数 据流到 imr，宏帧同步在 imr 中完成。同时输出帧丢失 los、复帧丢失 lomf 信号到系统控制模块。 基本帧同步：搜索 10011011 的字节； 复帧同步：搜索 11000111 的字节，如果检测到 ts0 11000111，则下一个基 本帧的帧头即是复帧帧头。 第 14 页 共 52 页 2.5.2 宏帧的收发宏帧的收发与同步与同步 1）宏帧定义 256 个（4x64）复帧组成一个宏帧：megaframe，每路 e1 共 64 个复帧，4 路复帧并行 组成的方阵 4*64（4 行 64 列，共 256 个复帧）形成宏帧，宏帧周期 128ms。 如图所示。 2）宏帧同步 发送时一个宏帧的 4 路 e1 数据同时发送，但接受时一个宏帧的 4 路 e1 数据流是先后 到达的，当 4 路 e1 数据都到齐时简称为宏帧同步。 3）同步窗口： 4 路 e1 中接受到的复帧编号分别记为 n0,n1,n2,n3。n0n1n2n3 构成同步窗口，每隔一 个复帧周期更新一次。 4）同步码： 将宏帧头即复帧编号 0、1、2、3 作为宏帧同步码。 252 4 248 0 253 5 249 1 254 6 250 2 255 7 251 3 宏帧结构 e1_0 e1_1 e1_2 e1_3 第 15 页 共 52 页 5）宏帧的发送 宏帧的发送有 im 发送模块（imt）和信令插入模块共同完成。 复位后，发送信道状态寄存器 tx_ch3:0为 0，表示都不可用。rx_data7:0 不 写入发送 fifo，一旦监视到 tx_ch3:0中有可用信道，则使 rx_ready=1，并 立即开始连续写入采样数据到对应的 fifo 中。 rx_ready=0 时禁止写采样数据到发送 fifo 中。 监视发送 fifo 的可读标志 t_fifo_ren（1 有效。0 无效） ，当发送 fifo 全部半 满时，可读标志为 1。可读标志为 0 时，pcm 32 个时隙全部填写 idle 码，当可 读标志为 1 时，从下一帧开始读取 fifo 中的数据，并填写到 pcm30 个数据时隙 中，其中 ts0 和 ts16 仍然填写 idle。 在信令发送模块中，同样监视可读标志，当可读标志为 1 时，从下一帧开始组织 复 帧和宏帧，即在 ts0 和 ts16 中插入相应的信令： 给基本帧编号来组织复帧，基本帧编号：115，插入奇帧 ts0 中。 给复帧编号来组织宏帧：复帧编号：0255，并将复帧号写入偶帧的 ts16 中。 6）宏帧同步条件 宏帧同步在 im 接受模块（imr）中完成。 a) 当可用 e1 的复帧头出现时，才进行串并转换，并开始将复帧号写入同步窗 口中：n0 ，n1，n2，n3。此阶段不将复帧数据写入 fifo 中（属于数据丢失， 但没有关系） 。 当 n0 ，n1， n2， n3 的最小值（即 n00 ，n11， n22， n3）出 现时才将复帧数据写入 fifo 中。当他们的最小值都出现后，才进入宏帧 同步搜索状态。 监视同步窗口 n0 n1n2n3：当满足宏帧同步条件时，tx_ready 1。如 果读写地址相差一个复帧的大小，就可以轮流读 fifo。 每隔一个复帧的周期，同步窗口更新一次。 每隔一个宏帧周期（64 个复帧，128ms）检查一次同步窗口是否满足宏帧 同步条件。 如果复帧失步或者宏帧失步则产生系统复位信号。 注意： 上述的同步条件是针对 4 路 e1 都是可用的情况下，如果关闭某一路 e1，则宏帧结构 和同步条件要做相应的改变。 第 16 页 共 52 页 3 发送模块和接受模块工作流程发送模块和接受模块工作流程 发送 接受 接受 发送 本地 远端 e1tx_ok e1tx_delay ts16_o_t ts16_e_t state _t data _t state _r data _r ts16_o_r ts16_e_r e1rx_ok e1rx_delay 发送模块 接受模块 发送 e1 连通 寄存器 发送 e1 超时 寄存器 发送奇帧 ts16 寄存器 发送偶帧 ts16 寄存器 发送 e1 状态 寄存器 接受 e1 连通 寄存器 接受 e1 超时 寄存器 接受奇帧 ts16 寄存器 接受偶帧 ts16 寄存器 接受 e1 状态 寄存器 发送数据 寄存器 接受数据 寄存器 发送接受 发送 接受 test1 test1 test1(ts16) test1(ts16) test2 test2 test2(ts16) test2(ts16) data data 本地远端 建链的握手过程 第 17 页 共 52 页 n y 可用 e1 n 可用 e1 可用 e1 超时 e1 连通 e1 断开 e1 复位(4 路) 检测态 1 目的：检测出发送 e1 的通断状态，一旦检测出来，则连通的 e1 同时进入下一个状态，断开的 e1 仍然留在检测态 1。方法：4 路同时发 test1 码，成基本帧。奇帧 ts16 传送本路 e1 的状态号和可用 状态，偶帧 ts16 传送接受 e1 的通断状态。复位时，设置 4 路接受 e1 都不可用，都为断开状态，即 ts16_o_t=00h，ts16_e_t =00h。然后由接受模块根据检测的情况改写。在检测态 1 只改写偶帧 ts16 和奇帧 ts16 中的状态号部分。监视接受偶帧 ts16 寄存器：ts16_e_r（表示发送 e1 的通断状态），一 旦有连通的 e1，则连通的 e1 同时进入检测态 2，断开的 e1 继续留在检测态 1。 发送模块工作流程 y 检测态 2 目的：检测出发送方向连通 e1 的可 用性（可用还是超时） ；一旦检测出来，可用 e1 进入初始化状态， 超时 e1 进入检测态 3 （其 ts16 仍然传信令到对端） 。 方法：连通的发送 e1 同时发送 test2 码，同 时监视接受方向奇帧 ts16 寄存器： ts16_o_r（表示发送 e1 的可用状态），一旦有可 用 e1，则可用的 e1 进入初始化状态，超时 e1 进 入检测态 3。 初始化状态 目的：配置发送 e1 信道状态寄存器，形成发送带宽。同时配置发送时钟，完成建链。对 有无本地环回进行选择配置。 方法：如果是本地环回，则发送带宽和时钟配置为 8m。否则，根据接受方向奇帧 ts16 寄存器： ts16_o_r（表示发送 e1 的可用状态） ，配置发送 e1 信道状态寄存器，形成发送带宽。同时配置发送时钟。 完成配置后在下一帧直接进入传输态。在初始化期间，仍然发 test2 码。 传输状态 目的： 根据建立的链路和带宽发送数据， 处理 e1 本地环回和远端环回。 方法： 当 imt 模块监视到发送信道状态寄存器中有可用 e1 信道时，则使发送有效指示 rx_ready1， 然后开始对接受数据线采样，将采样的数据写入可用 e1 的发送 fifo 中。在 fifo 还没有写满时，发送空 闲码 idle03h，成基本帧。fifo 半满时，开始读 fifo 并同时发送。发送时组成复帧和宏帧。处理 e1 本 地环回或者远端环回（将相应的线短接和隔离） 。 有系统复位信号？ 检测态 3 目的：将超时 e1 独立出来，但仍然传信令。 方法：连续发送 test1 码， 其 ts16 传信令到对端。 转换条件：在检测态 2， 根据接受 e1 奇帧 ts16 寄存 器（表示发送 e1 的可用状 态） 、接受 e1 偶帧 ts16 寄 存器 （表示发送 e1 的通断 状态）可以判断超时 e1； 本地环回？ 第 18 页 共 52 页 n y 可用 e1 可用 e1超时 e1 连通 e1断开 e1 复位(4 路) 检测态 1 目的：检测出 4 路接受 e1 的通断状态；使接受模块进入帧同步状态；检测完毕时，将 检测结果通过发送 e1 信道的偶帧 ts16 传送到对端，使对端发送模块知道自己的发送 e1 信道上的通断状 态，然后接受方向连通的 e1 进入检测态 2，断开的 e1 进入检测态 4。方法：4 路同时检测帧同步建 立的时刻，即 lof0 的时刻。如果有一路先建立帧同步，即检测到：los=0，ais=0，lof0，以及至 少 4 次连续的 15 个 test1 码， 则从 lof0 时刻起在本帧结束时产生一个标志 start，并开始计时， 记满 256ms 为止。注意：如果对端在传输态（例如：本端在传输态突然复位了进入检测态 1，而这时对 端仍然在传输态） ，则检测不到至少 4 次连续的 15 个 test1 码，这时即使 lof0 也不计时，要等待， 直到检测到 test1 码和满足上述条件时才开始计时。每一路 e1 建立帧同步时都产生一个 start 信号； 256ms 内未建立帧同步的属于断开 e1，建立帧同步的属于连通 e1；将检测结果填写到发送 e1 偶帧 ts16 寄存器，并发送到对端。然后，连通的 e1 同时进入检测态 2，断开的 e1 进入检测态 4；在检测态 4，搜索帧同步码，一旦建立帧同步（不必检测 test1 码） ，则产生系统复位信号。注意：断开的 e1 不能 留在检测态 1，因为检测态 1 不产生系统复位信号。 检测态 2 目的： 检测出连通的 e1 之间的相对延时，确定 可用 e1 和超时 e1。 方法：接受的连通 e1 都检测 test2 码，从第一个 e1 收 到 test2 码的时刻开始计时（连续收到 15 个 test2 码的时 刻作为计时的起点），记满 128ms 为止。128ms 内收到 test2 码的 e1 属于可用 e1， 未收到 test2 码的 e1 属于 超时 e1，当然还要检测状态号。记满 128ms 时，改写发送 方向奇帧 ts16 寄存器（表示可用 e1 和不可用 e1）并从发送 e1 上传过去，使对端知道在它自己的发送 e1 上哪些可用， 哪些不可用。然后可用 e1 进入初始化状态，超时 e1 进入检 测态 3。(对端发送模块知道可用 e1 后也进入初始化状态， 超时 e1 进入检测态 3)。 初始化状态 目的：配置接受 e1 信道状态寄存器，形成接受带宽。同时配置接受时钟，完成建链。对有 无本地环回进行选择配置。 方法：如果是本地环回，则发送带宽和时钟配置为 8m。否则根据检测态 2 的检测结果，配置接受 e1 信道状态寄存器，形成接受带宽。同时配置接受时钟。完成配置后在下一帧直接进入传输态。 检测态 4 目的： 实时检测断开 e1 的连通状态，一旦连通，则产 生系统复位信号。 方法：搜索帧同步码，一旦建立 帧同步（不必检测 test1 码） ，则 产生系统复位信号。 检测态 3 目的：将超时 e1 独立出 来，但仍然传信令。 方法：接受 test1 码，接受 ts16 信令。 本地环回？ 第 19 页 共 52 页 接受模块工作流程 传输状态 目的： 根据建立的链路和带宽接受数据， 处理 e1 本地环回和远端环回。发送和接受模块单独 传输数据，但信令走相反的方向。 本地和远端在传输态时，只要一端复位，另一端能检测到，也跟着复位，使本地接受和 远端发送的状态同步。 方法： 进入传输态后，im 接受模块即开始工作，搜索复帧同步和宏帧同步 ， 宏帧同步建立后， 输 出接受数据有效指示 tx_ready 1（有效） 。 根据接受可用 e1 信道号，同时写各自 的接受 fifo 和按顺序轮流读 fifo。复帧失步和宏帧失步都产生系统复位信号。 处理 e1 本地环回或者远端环回（将相应的线短接和隔离） 。 接受模块的预处理：预处理在 im 模块之前的信令接受模块完成。在传输态，如果检测到 接受奇帧 ts166:4=001（而不是 011） ，表示对端发送 e1 为检测态 1，不是传输态（可能对 端系统复位了） ，则产生系统复位信号，使本地也复位并回到检测态 1。 拆链、重新建链和带宽自动调整： 1） 当某一 e1 突然断了，则接受模块能检测到 los 或者 ais；或者 2） 当原来断开的 e1 突然连通了，这时接受模块能检测到 lof0。 上述两种情况下，都产生系统复位信号（本地环回例外，不产生系统复位信号） ，系统自动 进入检测态 1。 这样，原来的链路自动拆除，本地和远端重新初始化，重新建链，达到带宽自动调整的目的。 也可以这样处理：当某一 e1 突然断了时，不使系统复位，而是通过奇帧 ts16 传输到对端， 对端收到后也拆除该路 e1。 但是，如果是原来断开的 e1 突然连通了，则必须系统复位，因为要统一检测连通的 e1 之 间的相对延时是否超时。 可用 e1 n y 有系统复位信号？ 复位（4 路） 第 20 页 共 52 页 4 系统组成功能框图系统组成功能框图 shc_sel int cs ale wr rd data7:0 addr2:0 los0 los1 los2 los3 lof0 lof1 lof2 lof3 tx_fre2:0 tx_clk tx_data7:0 tx_ready rx_fre2:0 rx_clk rx_data7:0 rx_ready aram16:0 dram7:0 we oe cs_ram e1tx_delay0 e1tx_delay1 e1tx_delay2 e1tx_delay3 e1rx_delay0 e1rx_delay1 e1rx_delay2 e1rx_delay3 系统控制 tdp0:3/clk_t0:3 tdn0:3/ tdd0:3 tx_hdb3_nrz tclk0:3 e1lp_l e1lp_r e1lp_valid remote_e1loop im 发送 hdb3 编码 系统组成功能框图 4e1 成帧 信令插入和 hdb3 解码 rdp0:3/clk_r0:3 rdn0:3/ rdd0:3 rx_hdb3_nrz rclk0:3 im 接受 和 sram 接口模块 ais0 ais1 ais2 ais3 e1tx_ok0 e1tx_ok1 e1tx_ok2 e1tx_ok3 e1rx_ok0 e1rx_ok1 e1rx_ok2 e1rx_ok3 clk_49152k reset 4e1 解帧和 信令提起 e1 环回处理 发送状态机接受状态机 时 钟 产 生 cpu 接口 寄存器 第 21 页 共 52 页 5 cpu 接口接口 5.1 功能功能 cpu 接口模块的作用是便于网管，外部 cpu 可以配置 fpga（如环回、码型选择等） 和读取 fpga 的工作状态（如 e1 的通断、超时，带宽指示，告警指示，初始 化和传输状态指示等等） 。 5.2 寄存器寄存器 寄存器定义为 8 位，地址为 3 位。 第 22 页 共 52 页 5.2.1 配置寄存器配置寄存器(reg_config) 地址:oh bittypefunctiondefault bit7r shc_sel: 软硬配置开关 0 bit6r/w e1lp_local :本地环回 0 bit5r/w e1lp_remote :远端环回 0 bit4r/w e1tx_hdb3_nrz：发送方向码型 1 bit3r/w e1rx_hdb3_nrz：接受方向码型 1 bit2r configure : 软配置状态 0 bit1r/w rst_cpu:软复位 1 bit0r/wunused0 功能说明： 1）为了调试和操作的方便，设置一个软硬配置开关：shc_sel（只读） 。 shc_sel 和硬配置通过跳线器手工实现。 shc_sel1 时，该寄存器为只读属性(硬配置)； shc_sel0 时，该寄存器为读写属性（软配置） 。 2）e1lp_local 为 1 时，本地环回有效，为 0 时无效； 3）e1lp_remote 为 1 时，远端环回有效，为 0 时无效； 4）e1tx_hdb3_nrz 和 e1tx_hdb3_nrz 为 1 时是 hdb3 码型，为 0 时是 nrz 码型。 5) configure : 软配置状态。为 1 时表示软配置完成。 如果 shc_sel 1，则 configure 值没有意义； 如果 shc_sel 0，则 configure 为 0 表示还没有配置， 芯片中的状态机等待配置，configure 为 1 表示已经配置。 6）rst_cpu：软复位。cpu 通过写该寄存器可使系统复位。为 0 时导致复位。 第 23 页 共 52 页 5.2.2 状态寄存器状态寄存器 （1）带宽寄存器(reg_band) 地址:1h bittypefunctiondefault bit7rrx_fre20 bit6rrx_fre10 bit5rrx_fre00 bit4rtx_fre20 bit3rtx_fre10 bit2rtx_fre00 bit1r/wunused0 bit0r/wunused0 功能说明： rx_free2:0：发送方向带宽指示，为 0 时表示没有建立连接，带宽为 0； 为 n 时，表示带宽为 n*1.92m； tx_free2:0：接受方向带宽指示，为 0 时表示没有建立连接，带宽为 0； 为 n 时，表示带宽为 n*1.92m； 第 24 页 共 52 页 （2）综合状态寄存器(reg_multstate) 地址:2h bittypefunctiondefault bit7rrx_ready 0 bit6rtx_ready 0 bit5re1lp_valid0 bit4rremote_e1loop0 bit3rais30 bit2rais20 bit1rais10 bit0rais00 功能说明： rx_ready: 发送方向工作状态。为 0 时表示发送方向正在初始化；为 1 时表示已 经进入传输状态，可以传输数据； tx_ready: 接受方向工作状态。为 0 时表示接受方向正在初始化；为 1 时表示已 经进入传输状态，可以传输数据； e1lp_valid: 环回有效指示。为 0 时表示没有环回或者有环回时但环回无效；为 1 时表示环回有效； remote_e1loop: 为 1 时表示远端有环回，本地和远端组成的系统处于远端环回 工 作模式。为 0 时表示远端无环回。 ais0-3 : 分别表示 0 到 3 路 e1 的上游告警指示，为 0 时表示无上游告警，为 1 时有上游告警。 第 25 页 共 52 页 （3）信道通断寄存器(reg_channel_link) 地址:3h bittypefunctiondefault bit7re1tx_ok31 bit6re1tx_ok21 bit5re1tx_ok11 bit4re1tx_ok01 bit3re1rx_ok31 bit2re1rx_ok21 bit1re1rx_ok11 bit0re1rx_ok01 功能说明： e1tx_ok0-3： 分别表示发送方向 0 至 3 路 e1 信道的通断状态，为 1 表示断 开，为 0 表示连通； e1rx_ok0-3： 分别表示接受方向 0 至 3 路 e1 信道的通断状态，为 1 表示断 开，为 0 表示连通； 第 26 页 共 52 页 （4）信道超时寄存器(reg_channel_timeout) 地址:4h bittypefunctiondefault bit7re1tx_delay31 bit6re1tx_delay21 bit5re1tx_delay11 bit4re1tx_delay01 bit3re1rx_delay31 bit2re1rx_delay21 bit1re1rx_delay11 bit0re1rx_delay01 功能说明： e1tx_delay0-3： 分别表示发送方向 0 至 3 路 e1 信道的超时状态，为 0 表示 不超时，为 1 表示超时或者断开； e1rx_delay0-3： 分别表示接受方向 0 至 3 路 e1 信道的超时状态，为 0 表示 不超时，为 1 表示超时或者断开； 第 27 页 共 52 页 （5）告警指示寄存器(reg_warnning) 地址:5h bittypefunctiondefault bit7rlos31 bit6rlos21 bit5rlos11 bit4rlos01 bit3rlof31 bit2rlof21 bit1rlof11 bit0rlof01 功能说明： los0-3： 分别表示接受方向 0 至 3 路 e1 信道的信号丢失告警，为 0 表示没 有 信号丢失，为 1 表示有信号丢失； lof0-3： 分别表示接受方向 0 至 3 路 e1 信道的帧丢失告警，为 0 表示没有 帧 丢失，为 1 表示有帧丢失。 第 28 页 共 52 页 （6）中断寄存器(reg_int) 地址:6h bittypefunctiondefault bit7rint0 bit6rstate0 bit5r/wunusedx bit4r/wunused