摘? 要: 介紹了PowerPC MPC860的內部結構、主要功能和性能特性,描述了它在七號信令" title="信令">信令網關中的應用,突出了其良好的性能及在七號信令" title="七號信令">七號信令網關中的重要地位。

　　關鍵詞: PowerPC? MPC860? 通信處理模塊? 七號信令

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1 MPC860介紹

　　MPC860是Motorola PowerPC系列CPU芯片主導產品,是互聯網絡和數據通信及控制領域使用較多、性能相當優越的嵌入式微處理器,內部集成了微處理器和一些通信領域的常用外圍設備控制組件。MPC860相對先前的68K系列,性能和功能都有了大幅提高,CPU處理速度更快,通信處理能力更強大。

　　MPC860結構框圖如圖1所示。

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　　由圖1可以看出,MPC860主要可分為三部分:PowerPC處理器核、系統接口單元(SIU)和通信處理模塊(CPM)。

????嵌入式PowerPC內核是主要的核心處理機單元,采用USIA(User Instruction Set Architecture)結構和全靜態設計,擁有整形單元IU(Integer Unit)和加載/存儲單元LSU(Load/Store Unit),支持32位內/外部總線接口。它包括4KB數據和指令高速緩存;集成有存儲管理單元MMU;在50MHz時鐘輸入時擁有66MIPS的指令處理速度。

　　系統接口單元主要包括存儲控制、總線監視、中斷控制、軟件看門狗、實時時鐘、復位控制、總線仲裁和JTAG調試等功能模塊。在32位系統總線下存儲控制器支持動態數據總線寬度,可以分別支持8、16和32位外設或存儲設備。

　　通信處理機模塊主要包括RISC處理器、四個串行通信控制器(SCC)、 兩個串行管理控制器(SMC)、一個串行外圍接口電路(SPI)、一個I²C(Inter-Integrated Circuit)接口、5KB雙端口" title="雙端口">雙端口RAM、三個并行I/O端口、四個獨立的波特率發生器以及16個支持SCC、SMC、SPI和I2C的串行DMA通道。SCC可支持以太網、HDLC/SDLC、HDLC總線、AppleTalk、7號信令系統、UART、BISYNC、透明傳輸、支持PPP的異步HDLC等標準協議;SMC則可支持UART和透明傳輸等模式。CPM在幾個不同的通信組件如SCC和SMC上可以同時收發數據,所有的通信組件可以獨立地工作。SCC和SMC的物理接口由串行接口SI(Serial Interface)實現。SI允許SCC和SMC有兩種外部連接方式:時分復用(TDM)接口引腳和非時分復用串行接口(NMSI)時的專用引腳。時分復用接口由MPC860的TDM引腳和時隙分配器(TSA)實現。MPC860提供兩個TDM接口(TDMa、TDMb),用戶可以通過編程TSA來實現TDM 和SCC、SMC之間的數據路由。每個通信設備都有獨立的DMA控制器,32位RISC控制這16個串行DMA在通信設備與雙端口RAM或外部SDRAM之間傳送數據。接收數據時,串行DMA從通信設備接收數據并將數據存入雙端口RAM或外部SDRAM中;發送時順序相反,串行DMA從雙端口RAM或外部SDRAM中讀取數據,由通信設備完成數據的發送。

　　MPC860采用雙處理器結構,內部集成PowerPC Processor和CPM RISC Processor。PowerPC執行高層代碼,完成對外設的配置;RISC用來處理通信控制中的底層通信任務。兩個處理器通過內部的5KB雙端口RAM相互配合工作。在該存儲區,每個處理器都可以根據運行情況獨立設置控制位、讀取狀態位。由于CPM分擔了嵌入式PowerPC的外圍工作任務,減少了PowerPC對底層通信任務的干預,因而提高了PowerPC的工作效率。

　　由于通信處理模塊中各通信控制器支持多種網絡協議再加上PowerPC較快的處理速度,MPC860在許多領域得到了大量的應用,尤其適用于寬帶接入設備如路由器、接入集線器、LAN/WAN交換機、PBX系統和STM網關等設計。

2 七號信令系統

　　七號信令系統是數字通信網中采用最多的公共信道信號技術,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據鏈路" title="鏈路">鏈路、信令鏈路和信令網三部分,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)、數據用戶部分(DUP)和ISDN用戶部分(ISDN-UP)。其結構圖如圖2所示。

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　　信令數據鏈路(MTP1)是指信令傳遞的物理介質,主要定義了信令數據鏈路的物理、電氣和功能特性,規定與數據鏈路的連接方式,為信令鏈路提供信息載體。信令鏈路(MTP2)規定信令消息在信令數據鏈路上傳遞的功能和程序,與信令數據鏈路一起為兩點間信令傳遞提供可靠的信令鏈路。信令網部分則規定了信令點之間傳遞消息的功能和程序,主要用來實現消息路由、消息識別、消息分配以及信令業務量管理、信令鏈路管理和信令路由管理等功能。

　　隨著七號信令的普及,七號信令的業務量不斷增加,特別是在移動信令網上,原有64kbps信令鏈路已經不能完全適應業務量增長的需求,對2Mbps高速信令鏈路的需求日益迫切。在下面的設計中,同時提供了64kbps和2Mbps兩種信令鏈路,以滿足不同業務的需求。

3 七號信令處理子系統的實現

　　七號信令處理子系統是七號信令網關的一部分,主要用來實現MTP中一、二級功能,同時為二、三級提供可靠的數據通路。

3.1 硬件組成

　　七號信令處理子系統的硬件主要由核心處理器MPC860、數據交換網絡" title="交換網絡">交換網絡(DSN)、E1接口模塊、內存SDRAM、引導FLASH和HDLC控制器組成,結構如圖3所示。

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　　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收發器。E1收發器直接掛接到MPC860 PPC總線上,由MPC860配置。在接收方向,每4路E1復用為128通道的8.192Mbps H-MVIP(大容量多路復選綜合協議)接口數據(與H-100兼容)；發送方向相反,8.192Mbps H-MVIP分用出4路E1。線路接口單元完成數據的A/D和D/A轉換,有B8ZS、HDB3和AMI三種數據編解碼方法可供選擇。

　　數據交換網絡可以采用專用的多速率交換芯片實現。將多條E1鏈路的任意32或64時隙交換到MPC860的串行通道SCCn(n可以為1,2,3,4中的一個或多個)上。交換芯片的配置也是由MPC860完成,根據交換配置的不同,可以實現64Kbps和2Mbps兩種不同的信令鏈路。

　　與數據交換網絡相連的串行通道SCCn由MPC860的QMC控制。QMC(QUICC Multichannel Controller)是QUICC多通道控制器的簡稱。每個SCC都可以工作在QMC模式下,獨立支持64條信道,并且允許將64條信道任意映射到TDM中的64個時隙。QMC同時使用TSA的兩個TDM(TDMa和TDMb),每條信道可以獨立地配置成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HDLC控制器可以提供多條HDLC鏈路。HDLC控制器由MPC860通過PCI橋配置,PCI橋則由專門的橋接芯片來實現。橋接芯片和MPC860通過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總線之間電器特性的轉換、數據傳遞以及地址和存儲空間的映射。

　　內存(SDRAM)用來存放用戶數據和代碼,為程序運行和保存臨時文件提供空間。由于系統中有不同的總線主設備要用SDRAM存儲數據和代碼,各設備并不都能提供內部地址復用功能,所以SDRAM采用外部地址復用?？梢愿鶕嶋H需要采取不同大小的內存。上電引導Flash用來固化上電引導程序、操作系統內核以及用戶應用程序。

　　為便于調試,系統提供RS232串口和10Mbps/100Mbps網口與計算機通信。串口使用MPC860的SMC1或SMC2,通過RS232收發器完成RS232電平轉換。10Mbps和100Mbps網口可分別采用串行通信控制器SCC和快速以太網控制器FEC。通過這些調試口可以完成操作系統內核和應用程序的加載,對系統性能和運行狀況進行實時監控。

　　另外系統還采用MPC860的BDM(Background Debug Mode)作為系統的調試端口，應用VisionCLICK或XRAY等調試軟件對系統進行調試,完成操作系統內核的加載和固化等。

可編程邏輯模塊CPLD主要用來實現:

　　(1)各模塊間時序關系的調整；

　　(2)譯碼邏輯；

　　(3)系統運行狀態的監測；

　　(4)為調試而設計的其他相關邏輯控制。

????CPLD的具體實現可以有多種選擇,如Xilinx的Foundation、Maxplus等。

3.2 軟件實現

　　針對系統硬件設計,系統軟件分成相應的幾個模塊,主要包括BSP、數據鏈路初始化和MTP2，如圖4所示。

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　　(1)BSP(Board Support Packet)為Vxworks操作系統內核提供基本硬件接口,完成上電后的硬件初始化,支持Vxworks與硬件驅動的通信。根據系統硬件的實際應用情況,制作生成BootROM映像和Vxworks映像。其中BootROM映像完成最小的系統初始化,同時為裝載Vxworks映像提供環境。

　　(2)初始化模塊包括了對E1接口、數據交換網絡、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。

　　(3)MTP2一方面根據MTP3的編路功能,把要發送的信令消息發到信令數據鏈路上去,同時把接收的信令消息傳送到MTP3;另一方面,還要在信令點終端內或兩個終端之間傳遞信令鏈路狀態信息及處理機狀態信息,并根據這些信息采取一定的控制處理措施。MTP2可分為鏈路狀態控制、起始定位控制、處理機故障控制、基本發送控制、基本接收控制、定位誤差率監視、信號單元誤差率監視和擁塞控制等模塊。

　　七號信令處理子系統為用戶提供了64kbps和2Mbps兩種信令鏈路,可以滿足不同的業務需求。MPC860作為主控器件,很好地完成了對各子模塊的配置和監控,其快捷的處理速度和強大的通信處理能力為系統提供了很好的實時性。

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參考文獻

1 ITU-T Q.703.七號信令系統-信令鏈路[S]. 1993