采用PLD快速低成本地設(shè)計SONET

用戶對更大帶寬的需求加速了網(wǎng)絡(luò)主干容量的增長速度，但其對網(wǎng)絡(luò)邊緣系統(tǒng)的影響更為深遠。為保持競爭力，開發(fā)網(wǎng)絡(luò)邊緣產(chǎn)品的通信系統(tǒng)制造商需要快速地進行系統(tǒng)開發(fā)，以支持不斷增長的接入服務(wù)，包括新的服務(wù),如DSL和電纜MODEM,以及現(xiàn)有的56kbps撥號業(yè)務(wù)和商業(yè)用戶采用的傳統(tǒng)T/E載波業(yè)務(wù)。在這些傳輸介質(zhì)之上，需要支持一系列不同的協(xié)議，包括幀中繼、ATM和點到點協(xié)議（PPP）。由于網(wǎng)絡(luò)邊緣產(chǎn)品的兩側(cè)都在不斷變化，在城域網(wǎng)絡(luò)（MAN）設(shè)備中絕對需要一種靈活的架構(gòu)才能適應(yīng)這一形勢。這些設(shè)備包括終端/接入多路復(fù)用器、邊緣路由器、邊緣交換機以及SONET/SDH分插復(fù)用器（ADM）等。實施選擇專用標準產(chǎn)品（ASSP）供應(yīng)商試圖通過提供系列芯片組產(chǎn)品和多模式產(chǎn)品來滿足這一需求。對有些應(yīng)用而言，這類產(chǎn)品可能是低成本和高性能的解決方案。然而，在很多情況下，他們的缺點不容忽視。首先，ASSP解決方案通常需要多片芯片，增加了電路板空間和功耗。這是由于單片ASSP通常只提供一種或兩種主要功能，如SONET/SDH（同步光纖網(wǎng)/同步數(shù)字系統(tǒng)）成幀和ATM信元定界（cell delineation）。然而，外圍功能如業(yè)務(wù)管理和交換則需要額外的芯片來完成，因此整個解決方案至少要2或3片以上。而且，每個ASSP都盡可能多地在單個芯片內(nèi)完成針對具有類似功能的應(yīng)用。例如，提供SONET/SDH虛擬支路映射（VT mapping）的ASSP芯片通常提供VT-1.5、VT-2、VT-3、和VT-6映射功能，而用戶在特定的產(chǎn)品實施中通常只需要這些功能中的一個。因此，用戶實際上購買了他們不需要的那些芯片資源，而且這些多模式芯片的軟件編程是非常復(fù)雜的。這些問題可以通過采用高密度可編程邏輯器件（PLD）來解決。PLD可以在單個器件內(nèi)集成多種功能，如原先提到過的SONET/SDH成幀器、ATM信元定界器、業(yè)務(wù)管理器和交換單元。而且，PLD用戶可以只選擇他們所需要的功能，從而用較少的邏輯資源即可滿足他們的應(yīng)用需求。降低所需要的門數(shù)量即降低了器件的成本，也使得在單片PLD中可以實現(xiàn)更高的集成度，從而得到更高效的系統(tǒng)設(shè)計。為方便不同IP核心的集成，每個功能都應(yīng)當做為系列產(chǎn)品的一部分進行設(shè)計，而整個系列則需要根據(jù)強大的結(jié)構(gòu)方法進行功能和接口的劃分。需要范圍廣泛的具有標準接口的可配置功能。然后，系統(tǒng)設(shè)計人員可以選擇所需要的功能，根據(jù)特定的需要進行配置，然后簡單地將定制核心和用戶專用邏輯（通過標準接口）連接起來，即可以構(gòu)成一個高效率的獨特的設(shè)計。例如，許多公司都設(shè)計不同數(shù)據(jù)速率（155Mbps、622Mbps和2.5Gbps）的支持SONET/SDH上ATM信元或PPP分組傳輸?shù)木€路卡。這些線路卡的傳輸會集層可以區(qū)分為兩個不同的功能，SONET/SDH成幀，以及ATM信元或PPP分組定界。有現(xiàn)成的支持信元或分組在SONET/SDH上傳輸?shù)腁SSP解決方案，可以通過軟件配置來選擇信元或分組。但其缺點是，一塊特定的線路卡只采用一種模式（信元或分組），板上采用的器件卻可同時支持兩種模式，而且對不同的數(shù)據(jù)速率需要完全不同的芯片。可編程邏輯通信IP現(xiàn)在已經(jīng)有用于SONET/SDH成幀、ATM信元處理和PPP分組處理的可配置的可編程邏輯IP。每個核心都可以在綜合前進行配置以消除無用的功能。SONET/SDH成幀器可以配置成帶有或沒有以下功能：通過硬件實現(xiàn)的傳輸開銷和通道開銷字節(jié)的串行插入和分離、段跟蹤（J0字節(jié)）監(jiān)視、通道跟蹤（J1字節(jié)）監(jiān)視和位錯誤率（1秒窗口）監(jiān)視。ATM信元處理器提供了信元定界、可選的信元插入和分離、性能監(jiān)視、以及多達4個通用信元過濾器，可以用來監(jiān)視特定用戶的業(yè)務(wù)（以進行故障排除），或用來管理運營、管理和維護（OAM）流程。PPP分組處理器則提供在SONET/SDH上進行分組傳輸（POS）的傳輸會集層使用的與面向字節(jié)HDLC類似的成幀功能。系統(tǒng)開發(fā)人員曾經(jīng)不得不在采用單一ASSP供應(yīng)商的芯片組，或者采用來自不同供應(yīng)商的ASSP（但需要額外的芯片連接不兼容的接口）兩種方案間進行選擇。為了在IP核心的集成過程中避免類似的問題，開發(fā)人員應(yīng)當遵循即插即用的模式，這可以通過IP核心間的標準接口實現(xiàn)。（圖1示出了在四類典型應(yīng)用中（ATM 或 POS STS-3c/STM-1 或 STS-12c/STM-4）采用此類接口的例子。）通過在閃存中存儲多種器件的編程文件，庫存成本可以達到最小，同時還可保持最大的靈活性。PLD可以在線路卡的啟動期間利用合適的配置（ATM over SONET/SDH STS-12c/STM-4、POS STS-12c/STM-4、ATM over SONET/SDH STS-3c/STM-1、或Packet over SONET/ SDH STS-3c/STM-1）進行初始化。這些例子中的用戶邏輯可以是業(yè)務(wù)管理、路由和交換功能。用于標準總線接口的IP核心則包括有POS-PHY和 UTOPIA，以及經(jīng)常用作主干處理器接口的PCI接口。由于PLD中只需要加載需要的功能，因此PLD的尺寸可以最小，同時一個PLD設(shè)計可支持每種操作模式。這樣的配置還可以包括與SONET/SDH、ATM和PPP核心互補的T3成幀、T3映射以及E3映射功能。如果此類核心采用標準接口進行設(shè)計，則它們就能針對不同的應(yīng)用以不同的配置形式容易地互連。例如，采用T3映射器和SONET/SDH成幀器，T3信道可以異步映射到SONET/SDH，并且，如果應(yīng)用需要的話，還可在設(shè)計中通過增加T3成幀器的方法提供幀同步信息。同樣，通過將T3成幀器和ATM信元處理器或PPP分組處理器相結(jié)合，一條T3線路也可以用來傳輸信元或分組。提供全雙工的T1和E1成幀器核心和VT-1.5和VT-2映射核心也是可能的。除了單通道設(shè)計外，設(shè)計人員還可以嘗試可支持多通道的配置?？衫脮r間切片設(shè)計技巧優(yōu)化可編程邏輯核心。圖2示出的是如何利用IP核心開發(fā)具有高集成度的SONET/SDH分插復(fù)用器的線路卡。圖2所示的線路卡可以連接到主干完成STS3-交換。類似的線路卡可以用來實現(xiàn)T3線路的插入/分離、代替具有T3成幀器和T3映射器的T1成幀器和VT-1.5映射器、采用E3成幀器和E3映射器插入/分離E3線路、利用一個E1成幀器和VT-2映射器插入/分離E1線路、或插入/分離接入線路（如DSL），同時還有用戶邏輯完成成幀和映射功能。相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)卡可以接收主干交換機來的STS-3信號，并將它們復(fù)用為STS-12以便通過OC-12環(huán)進行傳輸，或者復(fù)用為STS-48以通過OC-48環(huán)傳輸。在反方向，OC-12環(huán)的出口業(yè)務(wù)被分離為12個STS-1信號，并通過主干交換連接到適當?shù)木€路卡。IP核心本身的質(zhì)量非常重要。許多設(shè)計人員都有過利用IP進行設(shè)計的不好經(jīng)驗，因為將來自一至多個供應(yīng)商的核心和用戶邏輯集成可能會非常困難。設(shè)計再利用要求超前的計劃和標準的接口才能保證多個IP核心和用戶邏輯容易地集成。此外，IP核心必須能夠提供特定的功能和性能。為保證質(zhì)量，IP供應(yīng)商應(yīng)當按照外部標準的要求，對復(fù)雜核心以及高性能核心（如高速接口）進行完整的硬件測試。實施成本根據(jù)測算，具有28信道VT-1.5映射器和28信道T1成幀器的一個SONET成幀器大約要用到18000個PLD邏輯單元（LE），器件成本約650美元。而外部線路接口單元（LIU）的典型價格為每T1信道12美元，因此此解決方案的總成本約為800美元。用一塊PLD實現(xiàn)這樣功能提供了足夠的靈活性，從而可以應(yīng)付開發(fā)過程中不可避免的性能要求變化。與此相比，采用多片ASSP的解決方案需要多片芯片，包括一個SONET成幀器、一片VT映射器以及具有集成LIU的四個T1成幀器。這一6芯片解決方案的成本差不多也是800美元，但就提供的靈活性而言卻比基于PLD的解決方案差多了。另一方面，基于ASSP解決方案的軟件集成相當復(fù)雜?；赑LD的解決方案本身已經(jīng)具有價格競爭力了，而PLD供應(yīng)商提供的向大批量、低成本芯片的升級途徑使其更具競爭力。一些PLD供應(yīng)商為大規(guī)模生產(chǎn)的高密度PLD設(shè)計提供采用低成本掩膜可編程邏輯器件（MPLD）的一攬子解決方案。從PLD設(shè)計移植到ASIC設(shè)計的成本大約為15至25萬美元，依目標技術(shù)不同，不可回收的制造成本約20至50萬美元。因此總的設(shè)計轉(zhuǎn)換成本約40-80萬美元。這一過程通常需要12周進行設(shè)計和驗證、4至8周進行布線、8周生產(chǎn)樣品、8-12周進行測試，然后再要8周才能投入量產(chǎn)。整個設(shè)計轉(zhuǎn)換周期至少要40個星期。而且，這一過程所包含的風(fēng)險是很大的，因此返工并非怪事。與此相比，將PLD設(shè)計轉(zhuǎn)換至MPLD僅需要15-16周時間即可投入量產(chǎn)。設(shè)計轉(zhuǎn)換成本僅12.5萬美元，而MPLD器件的成本在大批量時將降到不到75美元。加上外部LIU的335美元成本，整個解決方案的成本僅410美元，與多片ASSP解決方案的800美元相比相當具有競爭力。嵌入處理器的作用在線路卡與主機處理器的接口方面也需要靈活性。方法之一是在上述線路卡設(shè)計中的PLD內(nèi)嵌入處理器。除業(yè)界多年來采用的低性能軟核心處理器之外，領(lǐng)先的PLD供應(yīng)商已能夠在PLD中嵌入高性能硬核心處理器。這一方法仍然需要主機處理器，它仍然位于處理器卡的傳統(tǒng)位置。但嵌入式處理器提供線路卡相關(guān)的本地管理功能，這為整個系統(tǒng)提供了靈活性，因為可將實際的實施模塊化，方便新線路和線路卡的開通，并降低了主機處理器負擔(dān)。例如，T1成幀器軟件可以在線路卡上進行本地處理，性能監(jiān)視統(tǒng)計存儲在PLD存儲器資源中，或外部存儲器中。當探測到應(yīng)用錯誤并進行處理時，本地處理器將向主處理器發(fā)送信息，并且在主機詢問時提供狀態(tài)報告。開發(fā)標準的軟件接口用于每一線路卡，從而使得系統(tǒng)新線路卡的開發(fā)成為簡單任務(wù)，而且能夠在軟件的完全控制下實現(xiàn)集成。可編程邏輯可應(yīng)用于各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。城域網(wǎng)數(shù)據(jù)通道需要可配置IP核心所提供的靈活性，其上的各種復(fù)雜功能（如本文所討論的哪些）可以容易地采用PLD實現(xiàn)。在主干網(wǎng)上，性能是最重要的，復(fù)雜的功能通常最初由ASIC/ASSP來實現(xiàn)。為連接不兼容的器件，或在ASIC/ASSP間加入用戶邏輯，PLD供應(yīng)商提供了專門針對PLD優(yōu)化的一系列業(yè)界標準高速接口可供選擇，包括SPI-4 phase I （FlexBus level 4） 和SPI-4 phase II （POS-PHY level 4）。在編譯器中還可以選擇低速的接口，包括level 2 和level 3、鏈路層和物理層接口，以及可完成應(yīng)用核心間接口標準轉(zhuǎn)換的橋（一個POS-PHY 第三層鏈路層接口到四個POS-PHY 第二層物理層接口的橋）,還有 UTOPIA level 2 和 level 3核心提供。

來源:零八我的愛0次