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MPC860在七號信令網(wǎng)關中的應用
摘要：介紹了PowerPCMPC860的內部結構、主要功能和性能特性，描述了它在七號信令網(wǎng)關中的應用，突出了其良好的性能及在七號信令網(wǎng)關中的重要地位。關鍵詞：PowerPCMPC860通信處理模塊七號信令
1MPC860介紹
PMC860是MotorolaPowerPC系列CPU芯片主導產品，是互聯(lián)網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)通信及控制領域使用較多、性能相當優(yōu)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，通信處理能力強大。
MPC860結構框圖如圖1所示。
由圖1可以看出，MPC860主要可分為三部分：PowerPC處理器核、系統(tǒng)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(UserInstructionSetArchitecture)結構和全靜態(tài)設計，擁有整形單元IU（IntegerUnit）和加載/存儲單元LSU(Load/StoreUnit)，支持32位內/外部總線接口。它包括4KB數(shù)據(jù)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(tǒng)接口單元主要包括存儲控制、總線監(jiān)視、中斷控制、軟件看門狗、實時時鐘、復位控制、總線仲裁和JTAC調試等功能模塊。在32位系統(tǒng)總線下存儲控制器支持動態(tài)數(shù)據(jù)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-IntegratedCircuit)接口、5KB雙端口RAM、三個并行I/O端口、四個獨立的波特率發(fā)生器以及16位支持SCC、SMC、SPI和I2C的串行DMA通道。SCC可支持以太網(wǎng)、HDLC/SDLC、HDLC總線、AppleTalk、7號信令系統(tǒng)、UART、BISYNC、透明傳輸、支持PPP的異步HDLC等標準協(xié)議；SMC則可支持UART和透明傳輸?shù)饶Ｊ�。CPM在幾個不同的通信組件如SCC和SMC上可以同時收發(fā)數(shù)據(jù)，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(SerialInterface)實現(xiàn)，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(xiàn)。MPC860提供兩個TDM接口（TDMa、TDMb），用戶可以通過編程TSA來實現(xiàn)TDM和SCC、SMC之間的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。接收數(shù)據(jù)時，串行DMA從通信設備接收數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)存入雙端口RAM或外部SDRAM中；發(fā)送時順序相反，串行DMA從雙端口RAM或外部SDRAM中讀取數(shù)據(jù)，由通信設備完成數(shù)據(jù)的發(fā)送。
MPC860采用雙處理器結構，內部集成PowerPCProcessor和CPMRISCProcessor。PowerPC執(zhí)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(qū)，每個處理器都可以根據(jù)運行情況獨立設置控制位、讀取狀態(tài)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(wǎng)絡協(xié)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(tǒng)和STM網(wǎng)關等設計。
2七層信令系統(tǒng)
七號信令系統(tǒng)是數(shù)字通信網(wǎng)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(shù)據(jù)鏈路、信令鏈咱和信令網(wǎng)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(shù)據(jù)用戶部分（DUP）和ISDN用戶部分（ISDN-UP）。其結構圖如圖2所示。
信令數(shù)據(jù)鏈路（MTP1）是指信令傳遞的物理介質，主要定義了信令數(shù)據(jù)鏈路的物理、電氣和功能特性，規(guī)定與數(shù)據(jù)鏈路的連接方式，為信令鏈路提供信息載體。信令鏈路（MTP2）規(guī)定信令消息在信令數(shù)據(jù)鏈路上傳遞的功能和程序，與信令數(shù)據(jù)鏈路一起為兩點間信令傳遞提供可靠的功能和程序，主要用來實現(xiàn)消息路由、消息識別、消息分配以及信令業(yè)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(yè)務量不斷增加，特別是在移動信令網(wǎng)上，原有64kbps信令鏈路已經不能完全適應業(yè)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兩種迫令鏈路，以滿足不同業(yè)務的需求。
3七號信令處理子系統(tǒng)的實現(xiàn)
七號信令處理子系統(tǒng)是七號信令網(wǎng)關的一部分，主要用來實現(xiàn)MTP中一、二級功能，同時為二、三級提供可靠的數(shù)據(jù)通路。
3.1硬件組成
七號信令處理子系統(tǒng)的硬件主要由核心處理器MPC860、數(shù)據(jù)交換網(wǎng)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。
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(fā)器。E1收發(fā)器直接掛接到MPC860PPC總線上，由MPC860配置。在接收方向，每4路E1復用為128通道的8.192MbpsH-MVIP（大容量多路復選綜合協(xié)議）接口數(shù)據(jù)（與H-100兼容）；發(fā)送方向相反，8.192MbpsH-MVIP分用出4路E1。線路接口單元完成數(shù)據(jù)的A/D和D/A轉換，有B8ZS、HDB3和AMI三種數(shù)據(jù)編解碼方法可供選擇。
數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡可以采用專用的多速率交換芯片實現(xiàn)。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(jù)交換配置的不同，可以實現(xiàn)64Kbps和2Mbps兩種不同的信令鏈路。
與數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡相連的串行通道SCCn和MPC860的QMC控制。QMC（QUICCMultichannelController）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(xiàn)。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總線之間電路特性的轉換、數(shù)據(jù)傳遞以及地址和存儲空間的映射。
內存（SDRAM）用來存放用戶數(shù)據(jù)和代碼，為程序運行和保存臨時文件提供空間。由于系統(tǒng)中有不同的總線主設備要用SDRAM存儲數(shù)據(jù)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�(jù)實際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(tǒng)內核以及用戶應用程序。
為便于調試，系統(tǒng)提供RS232串口和10Mbps/100Mbps網(wǎng)口與計算機通信。串口使用MPC860的SMC1或SCM2，通過RS232收發(fā)器完成RS232電平轉換。10Mbps和100Mbps網(wǎng)口可分別采用串行通信控制器SCC和快速以太網(wǎng)控制器FEC。通過這些調試口可以完成操作系統(tǒng)內核和應用程序的加載，對系統(tǒng)性能和運行狀況進行實時監(jiān)控。
另外系統(tǒng)還采用MPC860的BDM（BackgroundDebugMode）作為系統(tǒng)的調試端口，應用VisionCLICK或XRAY等調試軟件對系統(tǒng)進行調試，完成操作系統(tǒng)內核的加載和固化等。
可編程邏輯模塊CPLD主要用來實現(xiàn)：
�。�1）各模塊間時序關系的調整；
�。�2）譯碼邏輯；
�。�3）系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)測；
�。�4）為調試而設計的其他相關邏輯控制。
�。�5）CPLD的具體實現(xiàn)可以有多種選擇，如Xilinx的Foundation、Maxplus等。
3.2軟件實現(xiàn)
針對系統(tǒng)硬件設計，系統(tǒng)軟件分成相應的幾個模塊，主要包括BSP、數(shù)據(jù)鏈路初始化和MTP2,如圖4所示。
(1)BSP(BoardSupportPacket)為Vxworks操作系統(tǒng)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(jù)系統(tǒng)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(tǒng)初始化，同時為裝載Vxworks映像提供環(huán)境。
（2）初始化模塊包括了對E1接口、數(shù)據(jù)交換網(wǎng)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(tài)；
�。�3）MTP2一方面根據(jù)MTP3的編程功能，把要發(fā)送的信令消息發(fā)到信令數(shù)據(jù)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(tài)信息及處理機狀態(tài)信道，并根據(jù)這些信息采取一定的控制處理措施。MTP2可分為鏈路狀態(tài)控制、起始定位控制、處理機故障控制、基本發(fā)送控制、基本接收控制、定位誤差率監(jiān)視、信號單元誤差監(jiān)視和擁塞控制等模塊。
七號信令處理子系統(tǒng)為用戶提供了64kbps和2Mbps兩種信令鏈路，可以滿足不同的業(yè)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(jiān)控，其快捷的處理速度和強大的通信處理能力為系統(tǒng)提供了很好的實時性。
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