多路接口與E1協(xié)議轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：針對(duì)通信帶寬越來越高，低速設(shè)備無法連接到高速的E1線路的問題，提出了一種基于可編程邏輯器件FPGA、嵌入式微處理器MPC875的多路接口與E1協(xié)議轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)，給出了硬件原理框圖及主要元器件的選型，并對(duì)多路接口數(shù)據(jù)調(diào)度方法、空時(shí)隙處理策略、FPGA結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)流程進(jìn)行了詳細(xì)說明。通過實(shí)現(xiàn)RS 232，RS 449，V．35三路接口與E1的協(xié)議轉(zhuǎn)換，證明該方案是可行的。
關(guān)鍵詞：多路接口；E1；協(xié)議轉(zhuǎn)換；FPGA

0 引言
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，人們對(duì)高帶寬需求不斷增加，接入DDN(Digital Data Network)網(wǎng)、幀中繼網(wǎng)等高速通信網(wǎng)的應(yīng)用也越來越普遍。E1是我國電信傳輸網(wǎng)一次群使用的傳輸標(biāo)準(zhǔn)，速率是2．048 Mb／s。實(shí)現(xiàn)多路接口與E1協(xié)議的相互轉(zhuǎn)換，將可以把多種設(shè)備同時(shí)連接至高速的E1線路。本文基于FPGA(Field Programmable Gate Array)、嵌入式微處理器設(shè)計(jì)了一個(gè)多路接口與E1的協(xié)議轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)RS 232，RS 449，V．35等接口數(shù)據(jù)在E1線路上的高速傳輸。

1 系統(tǒng)原理
1．1 系統(tǒng)描述
多路接口與E1協(xié)議轉(zhuǎn)換示意圖如圖1所示。在發(fā)送端，將多路接口數(shù)據(jù)按照一定順序合并成一路符合E1協(xié)議的數(shù)據(jù)在E1信道上進(jìn)行傳輸，在接收端，將接收到的E1信號(hào)再按發(fā)送端順序分成多路接口數(shù)據(jù)。

1．2 多路接口數(shù)據(jù)映射到E1幀的方法
E1是一種典型的時(shí)分復(fù)用結(jié)構(gòu)，一個(gè)E1時(shí)分復(fù)用幀劃分為32個(gè)相等的時(shí)隙，編號(hào)為CH0～CH31，其中時(shí)隙CH0用作幀同步用，時(shí)隙CH16用來傳送信令。其余的時(shí)隙用來傳送有效數(shù)據(jù)。
通過將不同的接口數(shù)據(jù)插入不同的數(shù)據(jù)時(shí)隙，把多路接口數(shù)據(jù)編成一個(gè)E1數(shù)據(jù)幀，實(shí)現(xiàn)多路接口與E1的協(xié)議轉(zhuǎn)換。
將多路接口數(shù)據(jù)映射到E1時(shí)隙中，需要根據(jù)每路接口的速率進(jìn)行時(shí)隙分配，也就是將E1的一個(gè)或多個(gè)時(shí)隙分配給一路接口使用，分配的時(shí)隙速率不小于接口速率(每個(gè)時(shí)隙的速率相當(dāng)于64 Kb／s)，DTE(Data Terminal Equipment)與DCE(Data Communications Equipment)設(shè)備端時(shí)隙分配設(shè)置必須一致。由于協(xié)議轉(zhuǎn)換器沒有自適應(yīng)接口速率的功能，因此時(shí)隙的分配通過一個(gè)軟件界面由使用者完成。
為了實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)隙的分配，設(shè)置30個(gè)4位的時(shí)隙分配寄存器。CPU根據(jù)使用者的時(shí)隙分配設(shè)置，生成30個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)隙地址并寫入對(duì)應(yīng)時(shí)隙分配寄存器。數(shù)據(jù)時(shí)隙地址表示的是該數(shù)據(jù)時(shí)隙傳送的是哪個(gè)接口的數(shù)據(jù)。在發(fā)送端，根據(jù)該地址從相應(yīng)接口讀取數(shù)據(jù)插入對(duì)應(yīng)時(shí)隙；在接收端，根據(jù)該地址將相應(yīng)時(shí)隙數(shù)據(jù)送往對(duì)應(yīng)接口。表1為數(shù)據(jù)時(shí)隙地址與接口對(duì)應(yīng)關(guān)系表，空閑表示該時(shí)隙空置沒有使用。

系統(tǒng)將E1時(shí)隙分配給多路接口使用，當(dāng)有時(shí)隙沒有被分配時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生空時(shí)隙。在本設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)可支配的最小單位是E1時(shí)隙，也就是說，系統(tǒng)可以將一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)隙分配給一路接口使用，也可以將多個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)隙分配給一路接口使用，當(dāng)一路接口數(shù)據(jù)不能完全填滿一個(gè)或多個(gè)時(shí)隙時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生半空時(shí)隙。比如一個(gè)100 Kb／s的接口，占用兩個(gè)時(shí)隙，將會(huì)產(chǎn)生28 Kb／s的空時(shí)隙。