基于PAS6301的ONU硬件設(shè)計(jì)

基于PAS6301的ONU硬件設(shè)計(jì)

隨著因特網(wǎng)的快速發(fā)展，用戶以太網(wǎng)被大量使用。為此，在2000年12月，以太設(shè)備供應(yīng)商提出了將 PON以太網(wǎng)用于接入網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)研究計(jì)劃，這種使用PON的以太網(wǎng)稱為EPON。EPON(Ethernet Passive Optical Network，以太無源光網(wǎng)絡(luò))是一種新型的光纖接入網(wǎng)技術(shù)，它采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)，無源光纖傳輸，在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務(wù)。它在物理層采用了PON技術(shù)，在鏈路層使用以太網(wǎng)協(xié)議，利用PON的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)的接入。因此，它綜合了PON技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：低成本；高帶寬；擴(kuò)展性強(qiáng)，靈活快速的服務(wù)重組；與現(xiàn)有以太網(wǎng)的兼容性；方便的管理等等。

1 ONU在EPON系統(tǒng)中的功能介紹

　　一個(gè)典型的EPON系統(tǒng)由OLT、ONU、ODN組成，如圖1所示。OLT(Optical Line Terminal)放在中心機(jī)房，ONU(Optical Network Unit)放在用戶設(shè)備端附近或與其合為一體。光分配網(wǎng)絡(luò)ODN(Optical Network Unit)由光纖和一個(gè)或多個(gè)無源光分路器等無源光器件組成，在OLT和ONU間提供光通道。按照ONU在接入網(wǎng)中所處的位置不同，EPON系統(tǒng)可以有幾種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用類型：光纖到交接箱(FT-TCab)、光纖到樓宇／分線盒(FTTB／C)、光纖到家庭用戶(FTTH)、光纖到公司／辦公室(FTTO)。

　　EPON系統(tǒng)可能承載的業(yè)務(wù)類型包括以太網(wǎng)／IP業(yè)務(wù)、語音業(yè)務(wù)、TDM業(yè)務(wù)和CATV業(yè)務(wù)等，其中TDM業(yè)務(wù)為E1電路仿真業(yè)務(wù)。根據(jù)IEEE802．3ah標(biāo)準(zhǔn)，ONU作為EPON系統(tǒng)的用戶端接入設(shè)備．主要完成的功能可描述為：

　　◆選擇接收OLT發(fā)送的廣播數(shù)據(jù)。
　　◆響應(yīng)OLT發(fā)出的注冊和測距命令。
　　◆對(duì)用戶的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，向OLT報(bào)告緩存的隊(duì)列情況并在OLT分配的上行發(fā)送窗口中發(fā)送緩存的數(shù)據(jù)。
　　◆根據(jù)OLT發(fā)出的OAM幀，執(zhí)行相應(yīng)的OAM功能。
　　◆其它相關(guān)的以太網(wǎng)功能。

2 ONU的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　如圖2所示，ONU的基本硬件模塊主要包括：PAS6301芯片、以太網(wǎng)交換模塊、FLASH、SDRAM、EEPROM、光收發(fā)模塊。

2．1 PAS6301模塊

　　PAS6301芯片是PMC-Sierra公司最新推出一款EPON光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)和光通路終端(OLT)芯片，新器件包括用于用戶端設(shè)備的。 PAS6301 ONU和用于局端設(shè)備的PSA5201 OLT，二者結(jié)合起來即可提供端到端EPON方案，可支持中國電信集團(tuán)針對(duì)中國電信市場所定義的算法與功能。PAS6301芯片提供了基于802．3ah 標(biāo)準(zhǔn)的EPON ONU關(guān)鍵功能的解決方案。它集成了串／并轉(zhuǎn)換器和ARM922處理器等，其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)光纖到家(FTTH)，也能夠在光纖到柜(FTTCab)作為上行物理層設(shè)備。與PAS6301芯片配套的有一個(gè)完整的軟件開發(fā)平臺(tái)和板級(jí)支持包，可以幫助開發(fā)者構(gòu)建一個(gè)綜合的ONU解決方案。PAS6301還集成了媒體接入控制(MAC，Medium Access Control)和協(xié)議管理功能，包括升級(jí)后的IP地址和UDP／TCP高級(jí)封包分類引擎(advanced packet classification engine)，一個(gè)10／100／1000的以太網(wǎng)用戶接口，以及模數(shù)轉(zhuǎn)換和額外的用于交換管理的10／100以太網(wǎng)接口。

2．2 PAS6301內(nèi)部模塊介紹

　　由圖3所示，芯片主要分為五大模塊：EPON MAC模塊、封包處理引擎、用戶網(wǎng)接口(UNI，User Network Inter-face)、嵌入式子系統(tǒng)和操作、管理和維護(hù)模塊(OMA，Opera-tion，Administration & Maintenance)。各模塊功能如下：

　　(1)MAC模塊

　　EPON接口和MAC提供用于傳輸和接受所需要的所有元件和功能。

　　(2)封包處理引擎模塊

　　EPON的封包處理引擎功能組是作為EPON協(xié)議和以太網(wǎng)協(xié)議的橋梁，它又分為上行業(yè)務(wù)流和下行業(yè)務(wù)流。除了上、下行業(yè)務(wù)流數(shù)據(jù)接口之外，它還有一個(gè)提供PACKETBUFFER功能的外存儲(chǔ)器接口，以及包括PON隊(duì)列和UNI等特殊隊(duì)列到CPU的接口。

　　(3)UNI模塊

　　UNI功能組提供一個(gè)到交換設(shè)備的10／100／1 000 Mbps的以太網(wǎng)連接，采用GMII接口。

　　(4)嵌入式子系統(tǒng)模塊

　　PAS6301子系統(tǒng)功能組監(jiān)控該設(shè)備上的所有喚醒或者管理請(qǐng)求模塊的配置，這也包括監(jiān)控和維護(hù)所有接口的狀態(tài)。總的來說，嵌入式子系統(tǒng)模塊監(jiān)控、執(zhí)行包括清除緩沖存儲(chǔ)器、計(jì)數(shù)在內(nèi)的實(shí)時(shí)進(jìn)程，它也執(zhí)行EPON系統(tǒng)所定義的OAM協(xié)議。

　　(5)OMA模塊

　　基于IEEE 802．3ah標(biāo)準(zhǔn)之上，PAS6301提供了針對(duì)EPON系統(tǒng)的綜合OAM功能。OAM支持在一個(gè)API上被執(zhí)行，這個(gè)API接收以O(shè)NU自身MAC地址為目的地址的OAM消息。

3 以太網(wǎng)交換模塊

　　在本次設(shè)計(jì)中，我們采用Marvell公司的Marvell88E6045。它與PAS6301之間通過GMII接口相連，如圖4。Marvell 88E6045是一個(gè)2GE+4FE的以太網(wǎng)交換芯片，它的兩個(gè)GE端口分別為包含了串／并轉(zhuǎn)換接口的Port9和Port1O。串／并轉(zhuǎn)換接口可以用來連接3倍速度的10／100／1000銅制PHY(Physical layer)設(shè)備，1000BASE的光纖模塊或者M(jìn)arvell的其它交換設(shè)備。Port9不支持GMII，所以我們使用可以連接MII或者GMII的 Port10，對(duì)Port10端口進(jìn)行擴(kuò)展，為用戶提供了4個(gè)FE接口和1個(gè)GE接口。

4 存儲(chǔ)模塊

4．1 FLASH

　　我們采用S29GL032M90芯片作為Flash存儲(chǔ)器。它采用了0．23μm的MirrorBit技術(shù)，接入時(shí)間高達(dá) 90 ns，讀寫只需要3伏特的電壓。在電壓發(fā)生變化時(shí)，它的低電壓探測器會(huì)自動(dòng)阻止寫操作以保護(hù)硬件數(shù)據(jù)。FLASH和PAS6301的主要引腳連接如圖5，相關(guān)功能包括：RY_NBY引腳對(duì)MEM_IRQO輸入CPU中斷信號(hào)；A[1：22]接收MEM_AD[1：22]的CPU接口地址信號(hào)；CPU通過D [0：15]與MEM_D[0：15]