基才HDLC協(xié)議的SDH傳輸系統(tǒng)板間通信的設(shè)計(jì)

摘 要：針對SDH傳輸系統(tǒng)板間通信傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的不足，介紹一種采用HDLC協(xié)議進(jìn)行設(shè)計(jì)的新方法．并在MPC852T型嵌入式微處理器上得以實(shí)現(xiàn)。嚴(yán)格的驗(yàn)證證明其在可靠性和傳輸速率方面獲得了很好的性能。
關(guān)鍵詞：UART：HDLC：SDH：嵌入式微處理器；SCC

1 引言
板間通信總線是決定SDH系統(tǒng)設(shè)備是否穩(wěn)定可靠工作的關(guān)鍵技術(shù)之一。板間通信的物理層信道不可能不發(fā)生差錯(cuò)．必須選擇合適的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議克服有差錯(cuò)的信道。SDH系統(tǒng)網(wǎng)元內(nèi)的板間通信受成本和復(fù)雜性的限制，一般都建議采用單板Mcu系統(tǒng)內(nèi)置的串行通信機(jī)制來完成，MCU器件內(nèi)置的通信接口中，以傳統(tǒng)的UART串行通信接口較為常見，UART異步串行通信理論上最大的速率為115 200b/s，因而傳輸效率低下，只適合板間簡單信息的互通。隨著單板軟件復(fù)雜程度的提高．通過板間通信總線傳遞的帶寬要求也會不斷增加：同時(shí)隨著系統(tǒng)變得更加復(fù)雜，板間通信總線報(bào)文本身的長度也在不斷增加中，板間的通信數(shù)據(jù)流量越來越大．對板間通信總線的傳輸要求也不斷提高。針對UART方式速率上的不足，擬對HDLC協(xié)議進(jìn)行研究．并選用Motormla 的MPC852T型處理器．利用其對HDLC協(xié)議的支持，嘗試采用HDLC協(xié)議進(jìn)行板間通信，驗(yàn)證其在可靠性、通信速率等方面的改善。

2 HDLC在SDH傳輸系統(tǒng)中的運(yùn)用
HDLC(High一level Data Link Control Proeedures，高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程)廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域．是確保數(shù)據(jù)信息可靠互通的重要技術(shù)。HDLC按照包含地址、控制、信息、CRC(稱為幀)的標(biāo)準(zhǔn)格式進(jìn)行發(fā)送和接收。所有的幀以1個(gè)開始標(biāo)志(0x7E)開始，以1個(gè)結(jié)束標(biāo)志(0x7E)結(jié)束。在開始和結(jié)束標(biāo)志之間。1個(gè)幀包含地址域(A)、控制域(c)、O到5000字節(jié)的信息域(I)(可選)和FCS域，HDLC的幀結(jié)構(gòu)如下：

HDLC以1個(gè)獨(dú)特的二進(jìn)制系列01111111O(0x7E)來確定幀首(Opening Flag)、幀尾(ClosingFlag)．經(jīng)過編碼在1個(gè)幀的開始和結(jié)束標(biāo)志之間的其他部分杜絕了出現(xiàn)5個(gè)連續(xù)的“l(fā)”。

地址域(A)用于多點(diǎn)通訊方式時(shí)設(shè)定站地址。幀接收時(shí)如果地址域(A)與本站不匹配．該幀不會被接收。還有1個(gè)值得注意的是。FCS域．采用循環(huán)冗余校驗(yàn)((2RC)除標(biāo)志域外的所有其他域的校驗(yàn)值。HDI￡通過：FCS域來保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。關(guān)于HDLC的詳細(xì)資料請參閱參考文獻(xiàn)。

SDH系統(tǒng)是目前電信系統(tǒng)中的主要傳輸手段，它由一些SDH網(wǎng)元組成．在光纖上進(jìn)行同步信息傳輸、復(fù)用和交叉連接。傳統(tǒng)的SDH網(wǎng)元結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在圖1所示系統(tǒng)中．網(wǎng)元控制板NCP單元部件是SDH系統(tǒng)的重要組成部分．系統(tǒng)內(nèi)部各功能單板的性能、告警等信息要通過該單元送到網(wǎng)管。同時(shí)網(wǎng)管的一些命令也必須通過。NCP下發(fā)到各單板。系統(tǒng)中板間通信組成了1個(gè)典型的多機(jī)系統(tǒng)．NCP單元為多機(jī)通信系統(tǒng)中主機(jī)．其他部件為從機(jī)。

NCP單元和其他部件通信可靠性要求高．信息量大而且實(shí)時(shí)性要求高。而SDH系統(tǒng)網(wǎng)元的背板總線線路長度相對較長．所以不得不考慮電磁干擾、信號完整性、阻抗匹配、電平選擇等問題。傳統(tǒng)的UART通信顯然無法勝任。以HDLC協(xié)議的優(yōu)越性能，可以實(shí)現(xiàn)高可靠和高效的板間通信。

3 SDH傳輸系統(tǒng)板間通信設(shè)計(jì)
3．1 MPC852T
MPC85T是MPC866 PowerOUICC系列中的一款嵌入式通信處理器。MPC852T內(nèi)核主頻可達(dá)100MHz．內(nèi)部集成了CPU核(PowerQUICC)、系統(tǒng)接口單元(SIU)和通信處理器(CPM)3個(gè)模塊，由于它成本低、通信能力強(qiáng)、多種通信協(xié)議能靈活接口，因而特別適合于通信和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。MPC852T Pow-erQUICC集成了2個(gè)處理塊，1個(gè)處理塊是嵌入式Power PC核．另1個(gè)是RISC Controller。系統(tǒng)框圖如圖2所示。

通信協(xié)議處理器(CPM)模塊是需要關(guān)注的焦點(diǎn)，它促成了MPC852T強(qiáng)大的通信處理能力。CPM是RISC處理器，具備多個(gè)通信控制器，其中包括2個(gè)串行通信控制器(SCC)，可運(yùn)行多種通信協(xié)議(Ether-net、HDLC、UART、透明傳輸?shù)?。SCC口是最具有特色的接口．通過操作相應(yīng)的寄存器、獨(dú)立開發(fā)收發(fā)驅(qū)動程序或調(diào)用操作系統(tǒng)相關(guān)的驅(qū)動程序，SCC口就能完成優(yōu)越的板間通信功能。

參考MPC852T Datasheet提供的數(shù)據(jù)，HDLC板間通信速率支持Nx64kb／s,N最大為64，即理論最大通信速率為4Mb／s，實(shí)用速率應(yīng)視CPM利用率和Core處理能力而改變。而UART的理論最大速率為115．2kb／s．理論比較結(jié)果非常明顯。

3．2 MPC852T處理器SCC口的設(shè)計(jì)
硬件設(shè)計(jì)方面．HDLC數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議需要合適的物理層的支持．以達(dá)到高可靠性和高流量。考慮到SDH網(wǎng)元背板的線路走線長度和通信速率，列舉了常見的3種串行通信標(biāo)準(zhǔn)的主要特征。

由表1可以看出．RS一485的傳輸距離、速率都能滿足設(shè)計(jì)要求，而且成本低廉、易購，所以選擇RS一485來完成通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)。如圖3所示。

在軟件編程方面。首先要設(shè)置SCC口的通道參數(shù)．本設(shè)計(jì)中將SCC3設(shè)置為HDLC模式。然后設(shè)計(jì)驅(qū)動程序．驅(qū)動程序運(yùn)行時(shí)首先進(jìn)行SCC3以及存儲區(qū)的初始化．其次才進(jìn)行收發(fā)操作。SCC3及存儲區(qū)的初始化過程概括為：初始化SDCR以提供U總線上的優(yōu)先級一設(shè)置SICR將時(shí)鐘連接到SCC3一設(shè)置SCC3參數(shù)RAM最大接收緩存長度一對命令寄存器(CPCR)寫入相應(yīng)命令初始化發(fā)送和接收參數(shù)一初始化HDLC參數(shù)RAM，包括錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器和幀地址域一初始化接收和發(fā)送緩存描述字一初始化屏蔽寄存器以允許期望的事件發(fā)生的中斷一初始化CIMR以允許CPM設(shè)備產(chǎn)生中斷一初始化通用SCC3方式寄存器高、低位一初始化協(xié)議定義方式寄存器，包括標(biāo)志的數(shù)量，HDLC總線方式．標(biāo)志共享允許等一設(shè)置SCC3方式寄存器低位((GSMR_LX)中允許發(fā)送和，或接收。

初始化完成后，便可以進(jìn)入收發(fā)狀態(tài)。接收過程為：當(dāng)GSMR_LX寄存器中的ENR位允許時(shí)，HDLC控制器進(jìn)入接收允許狀態(tài)，在該狀態(tài)下，控制器等待1個(gè)標(biāo)志。當(dāng)出現(xiàn)1個(gè)標(biāo)志時(shí)，控制器進(jìn)入地址允許狀態(tài)，等待1個(gè)非標(biāo)志，該非標(biāo)志必須為1個(gè)地址．控制器將地址與HADDRX和HMASK域的地址比較。地址匹配后，測RxBD狀態(tài)模式字節(jié)．如果接收準(zhǔn)備好便開始接收，1個(gè)數(shù)據(jù)包分多個(gè)地方緩存．RxBD字節(jié)的L位可以指示是否為接收幀最后一個(gè)緩存．不是便繼續(xù)接收，是則完成CRC校驗(yàn)后結(jié)束接收。流程如圖4所示。

圖4中：RxBD(ReceiverBuffer Descriptor，接收緩沖描述符)是SCC、SMC等控制器與緩沖區(qū)的接口。RxBD的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表2所示。

每個(gè)RxBD管理內(nèi)存中的1個(gè)BUFFER區(qū)，RxBD中確定了這個(gè)BUFFER區(qū)的首地址和末地址。CPM將要接收的數(shù)據(jù)會被置于這個(gè)BUFFER區(qū)里，Data length描述了數(shù)據(jù)的長度．Status and con-trol描述了數(shù)據(jù)和BUFFER區(qū)的狀態(tài)。驅(qū)動程序通過設(shè)置、讀取RxBD中的各參數(shù)來判斷數(shù)據(jù)和BUFFER的狀態(tài)，控制數(shù)據(jù)的收發(fā)。

多個(gè)RxBD可以在DPRAM或者內(nèi)存中連續(xù)放置，構(gòu)成1個(gè)RxBD表，讓CPM的控制器可以在驅(qū)動程序介入處理之前接收或者發(fā)送多幀數(shù)據(jù)．?dāng)?shù)據(jù)幀數(shù)由RxBD表的個(gè)數(shù)所確定。

發(fā)送過程和接收相似，限于篇幅，不再贅述。

3．3 測試結(jié)果和性能分析
按照流程圖，采用C語言編程，并在PSOS操作系統(tǒng)上運(yùn)行調(diào)試，為了檢查測試SCC3口的丟包率等性能，專門模仿TCP／IP中的ping命令編制了1條sping命令，用大數(shù)據(jù)包(1 024字節(jié))長時(shí)間的測試SCC3口．測試的命令是：
sping子架號槽位號cpu號包大小次數(shù)最大時(shí)間間隔(10ms為單位)

測試平臺如圖5所示。接有網(wǎng)線的單板是NCP板，左下邊是光板，微機(jī)通過網(wǎng)線經(jīng)交換機(jī)和NCP板進(jìn)行通信，運(yùn)行telnet命令后相當(dāng)于對NCP板自身的操作。NCP板和光板通過背板以HDLC協(xié)議進(jìn)行通信，此時(shí)執(zhí)行sping命令便能測試SCC3口的性能。圖5是用于實(shí)測的硬件平臺。實(shí)測時(shí)．為了驗(yàn)證對大數(shù)據(jù)包的處理能力，采用了1 024字節(jié)．并且重復(fù)了1 000次。

從測試結(jié)果看出：傳輸大數(shù)據(jù)包的丟包率為零；從傳輸速率來看，平均70ms的時(shí)間包括發(fā)出和接收的時(shí)間，單程是35ms，換算成實(shí)際的傳輸速率約為234．1kb／s。因?yàn)闇y試是在一塊正常運(yùn)行的單板上進(jìn)行的，MCU除了處理HDLC通信外．大部分資源都是在處理其他功能，因此實(shí)際測試結(jié)果要比理論值速低很多，但從目前傳輸系統(tǒng)板間通信所需的數(shù)據(jù)量來看，實(shí)測結(jié)果已經(jīng)滿足要求。

4 結(jié)束語
本文針對UART在板間通信的局限性提出了采用HDLC協(xié)議重新設(shè)計(jì)的方法．并采用MPC852T實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)方案，通過編寫驅(qū)動程序在PSOS操作系統(tǒng)上進(jìn)行調(diào)試，取得了比較滿意的結(jié)果。利用該方法已完成了SDH系統(tǒng)設(shè)備的研發(fā)，產(chǎn)品目前穩(wěn)定可靠。該設(shè)計(jì)方法還可以延伸到路由器設(shè)備、移動通信基站、接人設(shè)備等單板之間的通信．具有比較高的應(yīng)用值。