一、設(shè)計(jì)方案概述

通道化0C48 POS線卡的設(shè)計(jì)需要滿足多種需求，包括但不限于對通道化OC48信號(hào)的處理、對非通道化信號(hào)的兼容、支持動(dòng)態(tài)配置以及支持IP包的線速處理等。為實(shí)現(xiàn)這些功能，設(shè)計(jì)方案選擇了PM5360作為鏈路層處理器，F(xiàn)PGA用于報(bào)文處理，同時(shí)還需要考慮主控芯片的選擇與配置。

二、主控芯片的選擇與作用

主控芯片（MCU）是嵌入式系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)執(zhí)行各種控制任務(wù)。在通道化0C48 POS線卡的設(shè)計(jì)中，主控芯片的選擇對系統(tǒng)的性能、功耗和可靠性有著重要影響。以下將詳細(xì)介紹幾種可能的主控芯片型號(hào)及其在設(shè)計(jì)中的作用。

1. STM32系列MCU

STM32系列MCU由STMicroelectronics生產(chǎn)，基于ARM Cortex-M內(nèi)核，分為多個(gè)子系列，如Cortex-M0、Cortex-M3、Cortex-M4等。這些芯片在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛，具有高性能、低功耗和豐富的外設(shè)資源等特點(diǎn)。

• STM32F0系列：針對8位和16位MCU市場的替代品，具有高性價(jià)比和低功耗的特點(diǎn)。適用于低端控制任務(wù)，如簡單的傳感器數(shù)據(jù)采集和基本的用戶界面控制。提供了豐富的外設(shè)接口，如ADC、DAC、定時(shí)器、通信接口（USART、I2C、SPI等），并且支持多種低功耗模式。

• STM32F1系列：提供了更高的性能，適用于中等復(fù)雜度的控制任務(wù)。包含高速的Flash存儲(chǔ)器和SRAM，支持高速的外部總線接口，并且具有豐富的外設(shè)資源。還支持多種通信協(xié)議，如USB 2.0全速設(shè)備、CAN 2.0B和以太網(wǎng)MAC等。此外，還提供了豐富的低功耗功能，如動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)和智能電源管理。

• STM32F4系列：基于Cortex-M4內(nèi)核的高性能MCU，具有浮點(diǎn)運(yùn)算單元（FPU），適用于需要復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算的應(yīng)用。提供了高速的Flash存儲(chǔ)器和SRAM，支持高速的外部總線接口和多種通信協(xié)議。還支持硬件加密和安全性功能，適用于需要高安全性要求的應(yīng)用。

2. AVR系列MCU

AVR系列MCU是Atmel（現(xiàn)為Microchip Technology的一部分）生產(chǎn)的一種8位RISC架構(gòu)的MCU。它具有高性能、低功耗和豐富的外設(shè)資源等特點(diǎn)，適用于多種嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用。

• ATmega系列：適用于中等復(fù)雜度的控制任務(wù)。提供了多種外設(shè)接口，如ADC、DAC、定時(shí)器、通信接口（USART、SPI、I2C等），并且支持多種低功耗模式。還提供了豐富的編程資源，如C編譯器和集成開發(fā)環(huán)境（IDE）。

• ATtiny系列：小型、低功耗的MCU，適用于簡單的控制任務(wù)。提供了基本的外設(shè)接口，如定時(shí)器、通信接口（USART、SPI、I2C等），并且支持多種低功耗模式。具有較小的封裝尺寸和較低的成本，適用于空間受限和成本敏感的應(yīng)用。

3. MSP430系列MCU

MSP430系列MCU是Texas Instruments生產(chǎn)的一種16位RISC架構(gòu)的MCU，具有低功耗和高性能的特點(diǎn)。適用于多種嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，如傳感器網(wǎng)絡(luò)、智能儀表和醫(yī)療設(shè)備等。

• MSP430G2系列：低功耗MCU，適用于需要長時(shí)間運(yùn)行的應(yīng)用。提供了多種外設(shè)接口，如ADC、DAC、定時(shí)器、通信接口（USART、SPI、I2C等），并且支持多種低功耗模式。還提供了豐富的編程資源，如C編譯器和集成開發(fā)環(huán)境（Code Composer Studio）。

• MSP430F5系列：高性能MCU，適用于需要復(fù)雜控制任務(wù)的應(yīng)用。提供了高速的Flash存儲(chǔ)器和SRAM，支持高速的外部總線接口和多種通信協(xié)議。還支持硬件加密和安全性功能，適用于需要高安全性要求的應(yīng)用。

三、PM5360與FPGA的詳細(xì)設(shè)計(jì)

1. PM5360的使用要點(diǎn)與難點(diǎn)

PM5360作為鏈路層處理器，在通道化0C48 POS線卡的設(shè)計(jì)中扮演著關(guān)鍵角色。它采用“成幀器與物理接口一體化”設(shè)計(jì)思路，將鏈路層處理和物理層處理功能集成在單一芯片內(nèi)部。

• 支持多種速率：支持1路OC48，或支持總速率不超過OC48的4路OC3與OC12的任意組合。

• 動(dòng)態(tài)配置：支持接口工作模式的動(dòng)態(tài)改變。

• 點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議：執(zhí)行基于SONET/SDH規(guī)范的點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議（PPP），為POS或ATM應(yīng)用提供SATURN POS-PHY第3層32位系統(tǒng)接口（時(shí)鐘頻率高達(dá)104MHz）。

• 獨(dú)立環(huán)路時(shí)鐘：支持每個(gè)傳輸串行流的獨(dú)立環(huán)路時(shí)鐘工作方式。

• 獨(dú)立線路環(huán)回：支持從每條線路端接收流至相應(yīng)傳輸流的獨(dú)立線路環(huán)回，以及支持從線路端傳輸流至相應(yīng)線路端接收流接口的獨(dú)立診斷環(huán)回。

• 通用總線接口：提供通用16位微處理器總線接口，用于配置、控制和狀態(tài)監(jiān)控。

PM5360在應(yīng)用中需要注意的難點(diǎn)包括：

• 間接寄存器讀寫：除了能夠直接按照訪存方式讀寫的寄存器外，還有大量間接寄存器，這些寄存器對POS模式下的器件工作方式尤為重要，但其配置方式特殊。

• 調(diào)度機(jī)設(shè)計(jì)：PM5360內(nèi)部有一個(gè)內(nèi)置調(diào)度機(jī)，負(fù)責(zé)按照配置好的調(diào)度順序讀取各個(gè)通道的數(shù)據(jù)并放入接口緩存中。由于該芯片采用物理標(biāo)識(shí)（PHID）和內(nèi)部通道號(hào)同時(shí)存在的設(shè)計(jì)思路，且通道化應(yīng)用下單個(gè)物理通道內(nèi)具有多個(gè)數(shù)據(jù)流，因此調(diào)度機(jī)的設(shè)計(jì)更復(fù)雜。

2. FPGA的報(bào)文處理

FPGA在設(shè)計(jì)中用于完成報(bào)文處理任務(wù)。根據(jù)對資源需求的估算，可以選擇適當(dāng)?shù)腇PGA型號(hào)，如Xilinx公司的Virtex-II XC2VP70。FPGA內(nèi)部完成對于PPP幀的處理，同時(shí)板級處理機(jī)還利用FPGA完成對各關(guān)鍵器件的初始化及相關(guān)配置。

四、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與測試

1. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括線卡的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)以及電源管理等方面。硬件設(shè)計(jì)需要考慮各個(gè)組件的選型與連接，軟件設(shè)計(jì)則需要編寫相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序和控制程序。電源管理則涉及到電源管理IC的選擇與配置，以確保系統(tǒng)在不同工作模式下能夠合理分配電力。

2. 測試方案

為了測試通道化單板的功能和性能，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的測試方案。測試方案的基本原理是：按照該線卡在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用特征，由測試控制臺(tái)發(fā)出命令控制網(wǎng)絡(luò)測試平臺(tái)按照所需模式發(fā)送數(shù)據(jù)至待測線卡，線卡接收數(shù)據(jù)后按照其內(nèi)部處理機(jī)制完成報(bào)文處理，并最終經(jīng)輸出接口將數(shù)據(jù)送至測試儀。測試儀根據(jù)收到的報(bào)文情況給出丟包率等性能指標(biāo)的測試結(jié)果。

五、結(jié)論

基于PM5360和FPGA的通道化0C48 POS線卡設(shè)計(jì)方案，能夠滿足對通道化OC48信號(hào)的處理需求，同時(shí)兼容非通道化信號(hào)，并支持動(dòng)態(tài)配置和IP包的線速處理。通過合理的組件選型和配置，以及精心的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和測試，可以確保線卡的性能和穩(wěn)定性達(dá)到設(shè)計(jì)要求。