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SDH指针下泄专用集成电路MXTULPx8-5的设计和应用
摘要：发展同步数字序列（SDH）技术必须依赖专用集成电路。介绍了清华大学自主研制和开发的SDH指针下泄专用集成电路MXTULPx8-5的特性。这一芯片能够通过处理低阶支路（TU3、TU12、TU11）的指针，来补偿输入和输出高阶AU4管理单元同步净荷封装帧速率间的伪同步关系，从而对齐这些支路，为SDH支路单元交叉连接芯片的工作提供方便。还介绍了芯片设计时所使用的电路时分复用技术，分析了支路弹性存储器的容量，给出了应用MXTULPx8-5芯片的一个实例。作为一种全新的网络传输体制，自从20世纪90年代出现以来，SDH网络以其灵活性和方便性等各个方面的优越性，迅速成为通信网络的骨干网络。现在我国虽然在开发研制SDH的通信设备方面取得了很大的成绩，但是国内厂家SDH设备的关键核心芯片大多数是进口的。而从长远的观点来看，SOC片上系统是通信设备发展的趋势。因此提高ASIC设计的水平，开始具有自主知识产权的通信专用集成电路，对降低通信设备的成本、提高国家通信产业的整体竞争能力都具有深远的影响。
为了满足通信产业国产化的迫切要求，清华大学电子工程系开发了一系列具有自主知识产权的大规模通信专用集成电路。其中MXTULPx8-5是最新开发的一种SDH指针下泄专用集成电路，能够广泛地应用在SDH的网络设备中，具有很好的应用前景。
1 MXTULPx8-5芯片特性
当前，PMC-Sierra公司开发的PM5362和PC5363芯片是一种比较常见的SDH支路单元净荷处理器，能够分别处理一路STM-1和一路STM-4的数据流。它们被广泛地应用于国产的SDH交叉连接的设备中。而清华大学电子工程系独立开发的SDH指针下泄处理芯片MXTULPx8-5，能够对齐八路STM-1或两路STM-4的数据流中的支路单元，在功能上可以代替八片PM5362或两片PM5362芯片。很明显，MXTULPx8-5能够大幅度降低交叉连接设备的成本和尺寸。
SDH指针下泄芯片MXTULPx8-5是一个用来对齐支路单元的可配置的多通道的支路净荷处理器单元集成电路。它采用0.25μm低功耗CMOS 工艺，304管脚HQFP封装，支持工业温度范围（-40℃～85℃），规模为150万门。下面是它的一些工作特性：
·将输入的2个STM-4或8个STM-1的字节串行流中的8个AU4管理单元中的支路净荷，转移到相应输出的支路单元中。
·通过处理低阶段支路（TU3、TU12或TU11）的指针，来补偿输入和输出高阶AU4管理单元同步净荷封装帧速率间的准同步关系。
·在TUG3基础上可以配置成TU3、TU12、TU11支持的任何合法组合。
·在网管软件的控制下可对任一支中插入全0码、全1码或NDF新数据标识。
·检测每一支路的LOP指针丢失、AIS通道告警指示、支路指针正负调整和支路弹性存储上溢下溢错误的状态，并可配置在上述事件发生时产生中断。
·可以将输入和输出接口独立配置成77.76MHz的STM-4字节接口模式、19.44MHz的STM-1字节接口模式或38.88MHz的STM-1半字节接口模式。
·提供一个通用的8比特微处理器总线接口来对芯片进行配置、控制和状态监控。
2 MXTULPx8-5芯片结构
MXTULPx8-5芯片功能模块框图如图1所示，包含有以下几个模块：一个输入和输出接口模块，一个MCU接口模块和JTAG测试控制器，8个VC4处理器。当输入接口为STM-4字节接口模式时，输入的2路STM-4数据流被分成8个STM-1数据流，并被独立地输入到8个VC4处理器中。当输出接口为STM-4接口模式时，处理过的8路STM-1数据流被合并成2路STM-4数据流输出。MCU接口模块提供了一个通用的8比特微处理器总线接口来对芯片进行配置、操作和状态监控。JTAG测试控制器模块提供边界扫描功能。每一个VC4处理器处理一路STM-1数据流，它包括输入解复用器、输出复用器和3个TUG3处理器。输入解复用器将输入的STM-1数据流分发给三个TUG3支路净荷处理器、输出复用器将三个处理过的TUG3数据流合并在一起，形成一个VC4的数据流输出。每一个TUG3支路净荷处理器，可以配置成3种工作模式：TU3模式、TU12模式和TU11模式。它通过指针解释和指针调整操作对齐支路完成指针下泄功能。
3 核心技术
按照ITU-T建议G.707的规定，低阶虚容器在复用到STM-x帧结构之前，都应当选被映射到相应的TU支路单元中。一个TU支路单元承载一个低阶虚容器，也就是说，在SDH帧结构中低阶虚容器和TU是一一对应的。因此在SDH交叉连接中TU支路单元将代替虚容器（VC）作为交换的实体。因为不同大小的TU都可以在SDH数据帧中占据固定的例，因此可以用简单的列交换方法来实现TU的交叉连接。如果想将输入的TU交叉连接在输出的STM-1数据流上，可以通过设置交换矩阵将特定的TU支路单元占据的列转移到输出流中STM-1帧中的具体位置。这种列交换方法的前提就是支路单元TU在输入STM-1帧中占据固定的列。按照ITU-T建议规定，高阶虚容器由于指针的缘故相对于STM-1帧可以有微小的频率和相位差异。这样就要求输入的STM-1数据流在被送到交叉连接矩阵之前，必须经过预处理使它们符合交换。通过处理SDH支路单元TU指针可将高阶虚容器同STM-1的帧严格对齐，从而保证高阶虚容器中封装的TU支路单元在处理过的STM-1帧中占据固定的列，为对齐后的支路单元TU进行列交换创造条件。从效果上看就好像高阶AU4管理单元的指针调整事件被吸收到低价TU支路单元的指针调整事件中，从而消除了高阶虚容器同STM-1帧之间的准同步关系，保证了两者之间严格的频率和相位同步。这种方法通常被称为“指针下泄”。
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