基于光同步數(shù)字傳送網(wǎng)(SDH)的多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)，是目前我國用于邊緣網(wǎng)接入、處理與傳送的行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，被稱為MSTP(Multi-service Transport Platform)。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的接入和會(huì)聚作為MSTP的關(guān)鍵組成部分，其處理技術(shù)正朝著進(jìn)一步提高交換速度、增強(qiáng)封裝的靈活性、提供服務(wù)質(zhì)量保證(QOS)、提升網(wǎng)管能力等方向不斷地發(fā)展。
　　本文介紹的EOS(Ethernet Over SDH)數(shù)據(jù)接入芯片，主要應(yīng)用通用成幀規(guī)程(GFP，即Generic Framing Procedure)^[1]、虛級(jí)聯(lián)(VC，即Virtual Concatenation)^[2]、鏈路" title="鏈路">鏈路容量調(diào)整方案(LCAS，即Link Capacity Adjustment Scheme)^[3]等先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)到SDH網(wǎng)絡(luò)的接入、處理和傳送。該芯片能提供百兆以太網(wǎng)接入、四路虛級(jí)聯(lián)組(VCG)^[2]的VC和STM-1的SDH端口；上層以太網(wǎng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包封裝為統(tǒng)一的GFP格式，適合不同的傳輸速率，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)难訒r(shí)和QOS，便于在SDH網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)簡單、靈活、可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)傳輸和交換；通過LCAS技術(shù)對(duì)VC實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)無損動(dòng)態(tài)帶寬調(diào)整；同時(shí)提供強(qiáng)大的網(wǎng)管監(jiān)控接口。該芯片可用于SDH傳輸接入設(shè)備中進(jìn)行以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)處理。
1 整體設(shè)計(jì)
1.1協(xié)議簡介
　　GFP是一種新的用于寬帶傳輸?shù)膮f(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，能更為靈活有效地映射物理層或邏輯層的數(shù)據(jù)，同時(shí)能更友好地支持QOS機(jī)制和客戶端的基本管理，非常適合把上層的數(shù)據(jù)封裝成適于SDH網(wǎng)傳輸?shù)膸袷?SUP>[4]。GFP的映射機(jī)制比較簡單，因此實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度較低，能夠被廣泛地推廣與應(yīng)用。
　　LCAS協(xié)議允許虛級(jí)聯(lián)的收發(fā)兩端能夠根據(jù)它們之間當(dāng)前的鏈路狀態(tài)動(dòng)態(tài)無損地調(diào)整連接數(shù)，進(jìn)一步提高帶寬的利用率和靈活性。在虛級(jí)聯(lián)處理中，通常要預(yù)先確定傳送凈荷所需要的連接數(shù)目，這雖能滿足絕大多數(shù)的應(yīng)用，但是不能實(shí)時(shí)地調(diào)整帶寬，LCAS的出現(xiàn)從根本上克服了這種局限^[5]。
1.2 芯片總體功能描述
　　芯片總體功能框圖如圖1所示。從百兆以太網(wǎng)端口一側(cè)到STM-1端口一側(cè)，數(shù)據(jù)包先進(jìn)入GFP封裝模塊，封裝后的四路VCG的同步字節(jié)數(shù)據(jù)送入VC處理模塊" title="處理模塊">處理模塊，以TU-12為靜荷基本顆粒，最后交換到SDH網(wǎng)絡(luò)中去；反過來，來自SDH網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)按照TU-12的顆粒尺度經(jīng)過指針處理后，通過VC處理模塊恢復(fù)出四路VCG的數(shù)據(jù)包，再通過GFP模塊將封裝的標(biāo)簽去掉，重新獲得以太網(wǎng)數(shù)據(jù)。

　　GFP模塊主要完成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)到SDH幀數(shù)據(jù)的GFP映射和去映射功能。在VC處理模塊中利用了LCAS技術(shù)，總共四路的VCG以VC-12為凈荷基本顆粒，吞吐量不超過一個(gè)STM-1的數(shù)據(jù)率，完成GFP數(shù)據(jù)包和SDH數(shù)據(jù)幀的交換。系統(tǒng)上層軟件可以直接通過CPU進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置與管理。外掛的大容量SSRAM存儲(chǔ)器處理SDH數(shù)據(jù)幀接收時(shí)各個(gè)鏈路之間的數(shù)據(jù)同步問題。芯片處理網(wǎng)絡(luò)延時(shí)的能力直接與存儲(chǔ)器的容量有關(guān)。
2 核心模塊的設(shè)計(jì)
　　VC處理模塊是該芯片的核心模塊，引入了LCAS，總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。發(fā)送路徑采用流水線機(jī)制處理GFP模塊的FIFO隊(duì)列中的數(shù)據(jù)，使得上行到SDH的數(shù)據(jù)保持連續(xù)性，其中的LCAS處理模塊采用時(shí)分復(fù)用輪轉(zhuǎn)狀態(tài)機(jī)的方法；接收路徑同樣采用時(shí)分復(fù)用的方法，按時(shí)隙交替讀寫SSRAM，完成數(shù)據(jù)的同步處理。LCAS發(fā)送/接收狀態(tài)器控制并處理發(fā)送和接收模塊" title="接收模塊">接收模塊的虛級(jí)聯(lián)鏈路的LCAS狀態(tài)。虛級(jí)聯(lián)配置器根據(jù)網(wǎng)管指令由CPU對(duì)發(fā)送端和接收端完成鏈路預(yù)配置。時(shí)序控制器提供各個(gè)模塊工作所需要的時(shí)序信號(hào)，如流水的開始和結(jié)束、時(shí)分復(fù)用的讀寫標(biāo)志等信號(hào)。TU-12發(fā)送/接收模塊則是根據(jù)VC-12凈荷的顆粒尺度，結(jié)合LCAS狀態(tài)器提供的鏈路信息完成虛級(jí)聯(lián)功能，發(fā)送/接收SDH的STM-1數(shù)據(jù)。

2.1 發(fā)送部分
　　發(fā)送部分包括兩個(gè)模塊：TU-12發(fā)送模塊和LCAS發(fā)送狀態(tài)器。
2.1.1 TU-12發(fā)送模塊
　　如圖3所示，TU-12發(fā)送模塊可以分為寫入控制器、輸入輸出轉(zhuǎn)發(fā)模塊、讀出控制器、SDH開銷處理器、V5校驗(yàn)器等部分。

　　寫入控制器根據(jù)內(nèi)部時(shí)序，按照SQ到物理鏈路映射表(見LCAS發(fā)送狀態(tài)器)中的映射關(guān)系，從GFP模塊的FIFO隊(duì)列中讀取四路數(shù)據(jù)，同時(shí)在相應(yīng)時(shí)隙和位置插入SDH通道開銷POH(來自SDH開銷處理器)后交給輸入輸出轉(zhuǎn)發(fā)模塊。輸入輸出轉(zhuǎn)發(fā)模塊主體采用了標(biāo)準(zhǔn)雙口RAM，工作在二乒乓模式下，存儲(chǔ)63路的TU-12數(shù)據(jù)。讀出控制器按照規(guī)定的時(shí)序關(guān)系，讀取RAM中的數(shù)據(jù)包，同時(shí)進(jìn)行V5校驗(yàn)，最后按STM-1的幀格式輸出。SDH開銷處理器負(fù)責(zé)SDH的通道開銷，由于結(jié)合了LCAS，因此開銷中需要處理LCAS控制包信息，并采用并行結(jié)構(gòu)的CRC-3校驗(yàn)算法。
2.1.2 LCAS發(fā)送狀態(tài)器
　　LCAS發(fā)送狀態(tài)器結(jié)構(gòu)如圖4所示。接收到的LCAS控制包信息是由本芯片的接收部分處理后得到的，LCAS發(fā)送狀態(tài)機(jī)模塊需要利用其中的MST與RS_ACK信息。LCAS狀態(tài)機(jī)采用時(shí)分復(fù)用輪轉(zhuǎn)方法，在63個(gè)不同的時(shí)隙，分別對(duì)63條物理鏈路進(jìn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)移和處理，因此在運(yùn)行過程中需要存儲(chǔ)63條物理鏈路的狀態(tài)機(jī)信息。在輪到某一路狀態(tài)機(jī)工作時(shí)隙的時(shí)候，調(diào)入該路的LCAS狀態(tài)信息，進(jìn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)移，并輸出相應(yīng)的結(jié)果，然后把新轉(zhuǎn)移到的狀態(tài)保存起來，再在下一個(gè)時(shí)隙調(diào)入下一路的狀態(tài)信息，進(jìn)行重復(fù)的工作。如此，63路的LCAS狀態(tài)周而復(fù)始重復(fù)處理。SQ到物理鏈路映射表存儲(chǔ)了兩者之間的映射關(guān)系，狀態(tài)機(jī)狀態(tài)存儲(chǔ)表存放了63路的LCAS狀態(tài)信息，LCAS控制包信息存儲(chǔ)表存放了狀態(tài)機(jī)處理完的結(jié)果，即LCAS控制包信息。三張表可以利用RAM實(shí)現(xiàn)。其中，考慮到LCAS協(xié)議的要求和時(shí)序上的限制，SQ到物理鏈路映射表需要采用三乒乓的結(jié)構(gòu)；而控制包信息存儲(chǔ)表，則采用二乒乓的結(jié)構(gòu)。

2.2 接收部分
　　接收部分包括兩個(gè)模塊：TU-12接收模塊和LCAS接收狀態(tài)器。
2.2.1 TU-12接收模塊
　　TU-12接收模塊是整個(gè)芯片設(shè)計(jì)中最復(fù)雜的子模塊，如圖5所示，該部分包括TU-12指針處理、K4同步與LCAS控制信息提取、數(shù)據(jù)提取和同步處理、SQ到物理鏈路映射表等模塊。

　　SDH的數(shù)據(jù)包經(jīng)過中間網(wǎng)絡(luò)時(shí)為補(bǔ)償時(shí)鐘偏移，需要進(jìn)行指針調(diào)整，因此指針處理模塊要對(duì)TU-12指針進(jìn)行處理，找到數(shù)據(jù)凈荷頭的位置。
　　K4同步與LCAS控制信息提取模塊對(duì)已經(jīng)過TU-12指針調(diào)整后的數(shù)據(jù)，根據(jù)K4字節(jié)的信息確認(rèn)同步的鏈路；對(duì)已同步的鏈路提取LCAS控制信息，建立LCAS控制信息存儲(chǔ)表和SQ到物理鏈路的映射表，同時(shí)把已同步的鏈路上的數(shù)據(jù)放入到接收FIFO中。
　　接收FIFO起到導(dǎo)鐘的作用，隔離外部數(shù)據(jù)時(shí)鐘和內(nèi)部工作時(shí)鐘。后續(xù)模塊取走數(shù)據(jù)的速度如果慢于接收數(shù)據(jù)的速度，那么會(huì)在FIFO內(nèi)造成數(shù)據(jù)堆積，所以設(shè)計(jì)上要求接收FIFO深度能夠保證足夠的數(shù)據(jù)堆積容量?？梢院唵蔚貜亩逊e最大值來計(jì)算FIFO的合理深度。
　　數(shù)據(jù)提取和同步處理模塊從FIFO中取出數(shù)據(jù)，按照鏈路號(hào)放入SSRAM的對(duì)應(yīng)位置中。當(dāng)某個(gè)VCG的各個(gè)有效鏈路的相應(yīng)數(shù)據(jù)都已經(jīng)接收完畢時(shí)，則根據(jù)SQ到物理鏈路映射表中的信息，按照SQ號(hào)，依次序從SSRAM中讀出屬該VCG所有的有效鏈路上的數(shù)據(jù)，并交給下行方向的GFP接口模塊。由于SSRAM不能同時(shí)讀寫，所以該模塊的工作時(shí)序按照寫SSRAM-讀SSRAM-寫SSRAM……的循環(huán)邏輯進(jìn)行，用內(nèi)部時(shí)鐘計(jì)數(shù)器(一次循環(huán)為126個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期)來劃分具體的時(shí)序進(jìn)行相應(yīng)的操作。其中，讀SSRAM時(shí)序占用66個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘，最多能夠以流水線方式依次讀出63個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。因?yàn)楦鱾€(gè)VCG之間以及VCG內(nèi)部各個(gè)物理鏈路之間收到的數(shù)據(jù)存在不同的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)，只有在收齊了在某一時(shí)刻發(fā)送端所發(fā)的屬于同一個(gè)VCG的各路數(shù)據(jù)，才能按照SQ號(hào)依次讀出。在不同的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)情況下，先到的數(shù)據(jù)放入SSRAM中，等到該VCG的其它各路相應(yīng)數(shù)據(jù)都到齊后才取出整個(gè)數(shù)據(jù)包。為了減少處理延時(shí)，收齊VCG中同一個(gè)復(fù)幀指示MFI^[3]中的各路相應(yīng)位置的字節(jié)數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)指針就應(yīng)該更新到該字節(jié)的位置，然后按照SQ號(hào)把各物理鏈路的數(shù)據(jù)依次讀出。寫SSRAM時(shí)序占用60個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘，最多能夠以流水線方式依次寫入60個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。流水進(jìn)入的準(zhǔn)備時(shí)序和讀寫時(shí)序示意圖如圖6所示。

2.2.2 LCAS接收狀態(tài)器
　　接收狀態(tài)器采用了時(shí)分復(fù)用輪轉(zhuǎn)方法，結(jié)構(gòu)如圖7所示。從各路狀態(tài)機(jī)狀態(tài)存儲(chǔ)表中載入當(dāng)前路的LCAS狀態(tài)，完成接收狀態(tài)分析與轉(zhuǎn)移后，再把該路新的狀態(tài)信息存入狀態(tài)機(jī)狀態(tài)存儲(chǔ)表中覆蓋原先的狀態(tài)信息，然后接著載入下一路的狀態(tài)信息，進(jìn)行狀態(tài)分析與轉(zhuǎn)移操作。