ATM交換機中心控制單元的設計與實現

2019-11-04 10:05:40

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　　1　概述

ATM交換機的功能其中中心控制單元是整個交換機的控制指揮中心，網管代理和維護終端通過本單元對ATM交換機進行治理和維護，各個業務板通過本單元進行匯總、上報，另外ATM交換軟件的核心部分----信令軟件包括用戶到網絡信令和網絡到網絡信令（即UNI/NNI信令）都將放在中心控制單元的硬件上運行。本文主要探討中心控制單元的硬件設計與實現。

中心控制單元為網管代理提供符合IEEE802.3的協議的10BASE-T以太網接口，為維護終端提供符合RS232C標準的串行接口，與各個業務單元之間采用HDLC接口，與交換單元采用交換矩陣接口。由于信令軟件、操作系統等都要加載到中心控制單元的硬件上，并且信令信息要進行AAL5適配，所以要求硬件提供足夠大的程序存儲空間與數據存儲空間，并且CPU的處理能力足夠高。為此，我們選擇了美國Motorola公司生產的MPC860SAR芯片。

MPC860SAR芯片是一種功能強大的通信處理芯片，不僅可以實現以太網協議、HDLC協議、UART等多種協議的處理，還可以實現SAR的功能。MPC860SAR產生的ATM信元先到達路由及業務治理模塊，在路由及業務治理模塊確定交換路由并排隊緩存，之后才到達交換矩陣進行交換。只是由于MPC860SAR與路由及業務治理模塊之間的接口不匹配，需要設計接口轉換電路。

2　中心控制單元完成的功能

*接收網管代理的信息，發送至業務單元，并且將業務單元的數據上報網管代理；

*接收維護終端的信息，發送至各個業務單元，并且將各業務單元的狀態等信息匯總、上報給維護終端；

*完成SAAL（Singling ATM adapt layer，信令ATM適配層）的CP（公共部分），即對高層產生的信令信息進行AAL5適配，經UTOPIA接口將ATM信元發送到路由及業務治理模塊，然后再送至交換單元。

3　中心控制單元的設計與實現

3.1工作原理及模塊間功能描述

中心控制單元由CPU模塊、通信處理模塊和路由及業務治理模塊組成。正常工作狀態下，CPU模塊只是控制是否答應某項通信協議的接收、發送，并不直接參與具體通信協議的處理。具體通信協議的處理、協議數據的接收、發送都是由通信處理模塊獨立完成的。

CPU模塊對通信處理模塊的控制是通過一個命令寄存器進行的，它們之間的數據交換是通過雙端口RAM進行的。

通信處理模塊中的ATM業務模塊即SAR模塊的信息通過路由及業務治理模塊后到達交換矩陣進行交換。通信處理模塊提供ATM側的收發復用的8bit寬的Utopia接口，而路由及業務治理模塊提供ATM側的16bit寬的Utopia接口，兩者不能直接相連，兩個模塊之間需要進行Utopia接口轉換，轉換電路采用CPLD實現。

路由及業務治理模塊作為CPU的一個外部設備，與CPU模塊之間通過CPU模塊之間通過CPU的外部數據總線、地址總線及控制總線相連。由于路由及業務治理模塊的CPU模塊提供分開的外部數據總線和地址總線，兩模塊之間需要進行總線接口轉換，轉換電路采用EPLD實現。

3.2模塊內部的功能描述

（1）CPU模塊

CPU模塊包括CPU核、32bit寬數據存儲器（SDRAM）、32bit寬程序存儲器（Flash）和CPU的硬件復位配置電路。其中CPU核采用32-bit PowerPC結構，內含指令單元和指令執行單元，是用戶程序的執行；SDRAM用于存儲在程序執行過程中產生或需要的數據；FLASH用于存儲用戶所編制的程序，與EPROM器件相比突出的優點是使系統具有在線編程能力有靈活的塊鎖存而起到保護作用；硬件復位配置電路用于在硬件復位時對CPU的某些參數及復用管腳進行設置。

（2）通信處理模塊

通信處理模塊包含異步串行通信（UART）處理模塊、以太網（Ethernet）處理模塊、HDLC通信處理模塊和AAL5的SAR（ATM信元的分段與重組）功能模塊等。其中UART處理模塊用于處理維護終端的信息；Ethernet處理模塊用于處理滿足IEEE802.3協議的網管代理的信息；HDLC通信處理模塊有兩種：一種用于中心控制單元和各業務板之間的通信，另一種用于主備中心控制單元之間的通信；SAR功能模塊用來實現支持AAL5協議的SAR功能及部分ATM層功能。下面將分別對各功能模塊進行簡要介紹：

通信處理模塊中各功能模塊的工作原理大致相同，只是SAR模塊稍有不同。工作原理如下：通過CPU模塊對一些寄存器進行設置，初始化為某種特定的通信協議，然后在雙端口RAM中的參數RAM設置成針對該通信協議的參數。當然，不同通信協議的接口控制信號是不同的。

SAR功能模塊用來實現支持AAL5協議的SAR功能及部分ATM層功能，即對高層產生的信息進行AAL5適配，將其分割為等長的48字節的CS-PDU再加上5字節的ATM信元頭，形成53字節的ATM信元，發送至路由及業務治理模塊；相反，對從路由及業務治理模塊接收的ATM信元進行重組而發送到高層。

（3）路由及業務治理模塊

*功能概述

ATM路由及業務治理模塊作為一種先進的通信器件，它能夠支持非常強大、高性能的ATM交換系統。RTM豐富的性能可為系統設計提供靈活的網絡業務。與ATM交換矩陣單元（SE）組成的交換矩陣組合應用，能夠構建622Mbps到160Gbps的交換容量，該模塊能提供622Mbps UTOPIA訪問。該模塊單獨也能構建一個622Mbps交換。

RTM利用每個VC接收隊列，64個接收業務類，31個虛輸出能夠進行靈活的多優先級的排序運算。該排序器能被用來作為CBR,VBR,UBR的虛通道連接的QoS的計算。RTM也提供五個獨立的阻塞門限，每個以滯后而有選擇的控制AAL5的早包丟棄（EPD）與UBR基于信元丟失優先級的信元丟棄，RTM還支持完全的VPI/VCI頭翻譯，64K的輸入、輸出信元緩沖，以及VP/VC交換。在接收側和發送側分別支持16K個VCS。

*信元流概述

（1）在接收側，從UTOPIA接口接收到的信元完成通道號的查找。接收到的信元要么丟棄要么發送到接收信元緩沖DRAM中，這依據六個阻塞治理檢查機制（即最大門限、阻塞門限業務類組，業務類以及連接等）進行排隊。

（2）當一個可用信元時間發生時間發生時，由接收側排序器選擇四個單元，并從接收信元緩沖DRAM讀信元并且發送到交換矩陣。

（3）在發送側，一旦從交換矩陣接收到一個信元，或者丟棄或者發送緩沖DRAM并且在發送隊列中進行排隊。這依靠十個阻塞治理檢查機制（即最大門限，阻塞門限，VO,SC,SCG,SCQ以及連接等）；

（4）信元由發送側排序器選擇發送時，從信元緩沖DRAM中移走，并且由相應的頭翻譯與分配的多點或頭匹配器進行處理，然后，信元被發送到UTOPIA接口，并且在發送側離開該模塊。

*業務治理模塊

應用RTM的業務治理性進行監控與RTM資源的控制。該模塊根據分配的情況與隊列深度的需要，利用CAC完成呼叫答應與拒絕。

（1）負責接收連接與拒絕連接：根據當前阻塞情況來接收連接或拒絕連接；

（2）負責分配業務類隊列連接：對每個連接，根據不同業務的QoS，在接收與發送方向分別設置該連接相應的隊列深度；

（3）調整SCQs輪循業務順序權值：保證高優先級的信元先發送；

（4）更新連接與業務類隊列的深度：根據業務需要靈活地在線更改參數設置。

*優點

（1）滿足QoS的要求；

（2）使CDV最小化；

（3）MCR的保證：時槽表的應用確保所有的業務類（SCS）均等地獲得最小的信元速率；

（4）公平地獲得最大：答應不同的SCs支持不同的帶寬；

（5）輸出獨立：到不同虛輸出的通道信元被保存在獨立的數據結構中，這樣一個虛輸出的阻塞不至于引起另一個虛輸出的阻塞，從而起到很好的隔離作用。

4　結語

中心控制單元是ATM交換機正常運行的核心所在。該中心控制單元使網管代理通過該單元完成對ATM網絡的參數配置及網絡治理，使維護終端通過該單元對ATM交換機進行維護，使各個業務板通過該單元進行狀態上報和數據匯總，從而較好地完成了對ATM交換機的指揮控制功能。

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