方案预案4路e1反向复用fpga设计方案全套.docx

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方案预案4路e1反向复用fpga设计方案全套

4路E1反向复用FPGA设计方案

目录1

4路E1反向复用FPGA设计方案

1系统工作特点

发送和接受方向同时工作，本地和远端是对称的,可以实现全双工透明传输；编码器接发送模块接口，解码器接接受模块接口，余下的接口不用，其中发送模块接口数据线接上拉电阻。

上电后系统自动进行检测，只要远端也上电且E1传输链路工作正常，则经过一段时间的检测和初始化后本地和远端自动建立链路，系统进入传输状态，不管外界是否提供数据给发送模块接口，系统照样处于透明传输状态，一旦有数据，自动传输。

2检测和建链、拆链

2.1寄存器定义

发送方向：

发送奇帧TS16寄存器TS16_O_T：

存放本地发送E1状态号（1路）和对端发送E1的可用状态（4路，由本地接受模块检测出来）；

发送偶帧TS16寄存器TS16_E_T：

存放本地接受E1的通断状态（4路，由本地接受模块检测出来）；

接受方向：

接受奇帧TS16寄存器TS16_O_R：

存放对端发送E1状态号（1路）和本地发送E1的可用状态（4路，由对端接受模块检测出来）；

接受偶帧TS16寄存器TS16_E_R：

存放本地发送E1通断状态（4路，由对端接受模块检测出来）；

上述寄存器每2帧更新一次；

接受数据寄存器DATA_R，存放接受数据流一个时隙的数据；

发送数据寄存器DATA_T，存放发送数据流一个时隙的数据；

以接受模块为主导，使发送模块和接受模块的状态同步，本地和远端的状态同步，4路E1的状态同步。

信道检测由接受模块完成，发送模块配合发送测试码。

接受模块的功能：

检测发送方向、接受方向的信道连通状态、超时状态。

方法：

检测和抽出TS16的信令进行分析。

接受模块检测到本地接受E1的信道状态后，先进行本地配置，然后将检测结果通过TS16发送到对端发送模块知道，使之也进行相应的配置，这样本地接受和远端发送的配置就保持一致了。

本地的发送模块和接受模块的状态并不要求同步，但要求本地收和远端发的状态保持同步。

发送方向TS16传接受方向E1的信道状态（由接受模块检测），接受方向TS16传来本地发送方向E1的信道状态（由对端接受模块检测，对端发送模块发送过来）。

状态转换时钟：

帧头信号，即在一帧结束后下一帧才进入新的状态。

检测态1进入检测态2的条件是：

知道本身E1信道的通断状态时才转化。

一旦发现有连通的E1，则进行状态转换：

连通的信道进入检测态2，断开的信道继续留在检测态1。

检测态2进入初始化状态的条件是：

知道本身E1信道的可用与不可用状态时才转化。

TS16寄存器始终在更新，不要求严格跟状态同步。

在检测态1，发送模块4路E1同时连续发送TEST1码（成基本帧）；

在检测态2，发送模块4路E1同时连续发送TEST2码（成基本帧）；

在检测态1，接受模块检测帧同步LOF＝0的时刻并开始计时；

在检测态2，接受模块检测TEST2码到来的时刻并开始计时（连续收到15个TEST2码时开始计时，记满128ms为止。

128ms内收到TEST2码的E1属于可用E1，未收到TEST2码的E1属于超时E1），当然还要检测状态号。

注意：

对端发送TEST2码是同时的。

发送模块通过监视TS16的信息来进行状态转换；

接受模块自己检测，检测完毕后自动进行状态转换，同时将检测结果传到对端发送

模块。

2.2检测和建链过程：

▲检测态1：

复位后，发送模块和接受模块4路E1同时进入各自的检测态1；

发送方向：

4路同时发送TEST1码，奇帧TS16传送发送方向E1状态号，偶帧TS16传接受方向E1通断状态（由接受模块检测）。

接受方向：

4路同时接受TEST1码，注意要检测对端发送模块是否也在检测态1，如果在传输状态，则一直等待（即检测到LOF=0时也不计时），直到对端进入检测态1（对端接受模块如果处在传输态，若收到对方的状态号为检测态1，则系统自动复位）。

如：

本端突然在传输态时复位了，则会出现这种情况。

◆方法：

通过检测以及抽出TS16的信令进行分析；

◆目的：

①检测4路接受信道通断的状态；②使接受模块进入帧同步状态；③检测完毕时：

对连通的接受E1，使自己进入检测态2，断开的接受E1，继续处在检测态1；④检测完毕时：

将检测到的接受E1信道的通断状态通过改写发送偶帧TS16寄存器和发送奇帧TS16寄存器，在发送E1上即时发送出去，但发送E1仍然处在检测态1，直到接受模块收到有关发送方向E1的通断状态信息才进入检测态2（连通的发送E1进入检测态2，发送TEST2码；断开的发送E1仍然处在检测态1，继续发TEST1码）。

◆检测过程：

（1）如果4路一直没有建立帧同步，即LOS=1、AIS=1（有效），表示接受信道都断了或者不能连通，也可能是对端还没有上电；则一直等待，继续处于检测态1；

（2）如果有一路先建立帧同步，即检测到：

LOS=0，AIS=0，LOF＝0，奇帧TS16[6:

4]=001（即检测态1），则从LOF＝0的时刻起，在本帧结束时产生一个标志信号START，从下一帧起开始计时，记满256ms为止。

①注意如果接受到TS16[6:

4]=011（即传输态），则帧同步建立了也不计时，一直等待，直到TS16[6:

4]=001时才能开始计时；

②每一路E1建立帧同步后都产生一个标志信号START，根据标志信号可以计算该路E1相对第一个建立帧同步E1的相对延时。

③256ms内一直未建立帧同步的，属于断开E1，接受方向连通指示信号E1RX_OK=0；

4建立帧同步的，属于连通E1，接受方向连通指示信号E1RX_OK=1；

5计满256ms时，改写发送方向奇偶帧TS16寄存器，表示接受方向连通和断开E1的情况，并通过发送方向TS16告知对端；

6计满256ms时，连通的E1同时进入检测态2（同时是相对的，即记满256ms时，每一路的基本帧发完后才发检测态2的测试码），断开的E1信道进入检测态4，继续检测，搜索帧同步（不检测TEST1码）；

7在检测态4，若搜索到帧同步，则产生系统复位信号。

▲检测态4：

只有接受模块才有检测态4

◆目的：

实时检测断开E1的连通状态，一旦连通，则产生系统复位信号。

◆操作：

接受模块搜索帧同步码，一旦建立帧同步（不必检测TEST1码），则产生系统复位信号。

◆转换条件：

接受模块在检测态1，当记满256ms时，可以判断连通的E1和断开的E1，断开的E1进入检测态4。

▲检测态2：

◆目的：

检测出连通的E1信道之间的相对延时，确定可用E1和超时E1：

◆转换的条件：

1接受模块：

在检测态1，记满256ms时，改写接受方向连通状态寄存器和发送方向偶帧TS16寄存器（以便发送E1将接受信道的通断状态发送到对端）后即进入检测态2，断开的接受E1进入检测态4；

2发送模块：

一旦检测到接受方向偶帧TS16寄存器中有发送E1的通断信息，则连通的发送E1同时进入检测态2，同时发送TEST2码。

断开的发送E1继续留在检测态1。

◆操作：

3发送模块：

连通的发送E1同时发送TEST2码；

当接受模块收到奇帧TS16传来的本地发送信道可用状态信息后，发送模块可用E1进入初始化状态，超时E1进入检测态3。

4接受模块：

接受模块连通的E1都检测TEST2码，以第一个E1收到TEST2码的时刻开始计时（连续收到15个TEST2码的时刻作为计时的起始时刻），记满128ms为止。

128ms内收到TEST2码的E1属于可用E1，未收到TEST2码的E1属于超时E1），当然还要检测状态号。

记满128ms时，改写发送方向奇帧TS16寄存器（表示可用E1和不可用E1）并从发送E1上传过去，使对端知道在它自己的发送E1上哪些可用，哪些不可用。

然后可用E1进入初始化状态，超时E1进入检测态3。

（对端发送模块知道可用E1后也进入初始化状态，超时E1进入检测态3）。

在初始化状态，配置接受信道状态寄存器（可用与不可用），同时等待奇帧TS16传来本地发送信道的可用状态，一旦检测到可用E1，则发送模块可用E1进入初始化状态，超时E1进入检测态3。

▲检测态3：

◆目的：

将超时E1独立出来，不再使用，除非其延时发生变化，则系统复位后重新检测，不超时则使用。

◆转换条件：

①发送模块：

在检测态2，根据接受E1奇帧TS16寄存器（表示发送E1的可用状态）、接受E1偶帧TS16寄存器（表示发送E1的通断状态）可以判断超时E1；②接受模块：

直接检测。

◆操作：

发送E1进入检测态3，连续发送TEST1码，TS16仍然传信令。

除非系统复位，永不停止；

接受E1进入检测态3，接受到TEST1码，接受TS16信令。

除非系统复位，永不停止。

▲初始化状态：

◆目的：

配置可用E1信道，确定系统传输带宽，完成建链；

◆转换条件：

接受模块：

记满128ms时，改写发送方向奇帧TS16寄存器（表示接受方向可用E1和不可用E1）并从发送E1上传过去，使对端知道在它自己的发送E1上哪些可用，哪些不可用。

然后可用E1进入初始化状态，超时E1进入检测态3。

发送模块：

当接受模块收到奇帧TS16传来的本地发送信道可用状态信息后，发送模块可用E1进入初始化状态，超时E1进入检测态3。

◆操作：

发送模块：

根据发送可用E1配置发送信道状态寄存器，产生发送时钟。

接受模块：

根据接受可用E1配置接受信道状态寄存器，产生接受时钟。

▲传输状态：

◆目的：

根据建立的链路和带宽传输数据，发送方向和接受方向单独传输，但信令走相反的方向；

◆转换条件：

接受模块：

等待对端发送模块发送奇帧TS16寄存器（每帧更新一次）中有可用E1时，发送模块进入初始化状态，同时接受模块本身进入传输状态。

发送模块：

初始化状态完成配置后，直接在下一帧进入传输状态。

◆操作：

接受模块：

进入传输状态后，搜索复帧同步和宏帧同步，宏帧同步建立后，输出接受数据有效指示TX_READY＝1（有效）。

根据可用E1信道号，按顺序写接受FIFO和读FIFO。

复帧失步和宏帧失步都产生系统复位信号。

发送模块：

进入传输状态后立即输出发送数据有效指示RX_READY＝1（有效）,然后对输入数据线采样，将采样数据按顺序写入可用E1的FIFO中，在FIFO没有写满之前，发送空闲码IDLE＝03H。

FIFO写满后，从FIFO中读取数据并组织复帧和宏帧发送。

发送空闲码时只组织基本帧发送。

环回处理：

为了简化，只进行E1环回，其他环回功能暂不加入。

E1环回分为本地环回和远端环回：

本地E1环回：

指发送方向所有E1经过芯片内部直接环回到接受方向的所有E1上。

传输态时，LOS，AIS，LOF有效时不产生系统复位信号。

当发送模块4路都进入传输态时，则进行短路和断路操作。

远端E1环回：

指接受方向的可用E1经过芯片内部时不作任何处理就从发送方向的可用E1口输出。

当本地和远端收发模块都进入传输态时（共4个模块）才进行短路和断路操作。

E1环回的作用：

可以进行本地和远端环回测试，检测E1传输网是否正常和本地系统是否正常。

E1环回的条件：

只有检测到发送方向的可用E1和接受方向的可用E1的信道号完全一致时远端环回才有意义，本地环回不作要求。

输出环回有效指示信号为E1LP_VALID,高电平有效，低电平无效。

若检测到远端为远端环回，则输出REMOTE_E1LOOP=1，表示远端进行了环回。

本地

本地E1环回

远端

本地

远端E1环回

E1的本地和远端环回

2.3拆链、重新建链和带宽自动调整

链路建链后，本地和远端系统都处于传输状态。

①当某一E1突然断了，则接受模块能检测到LOS或者AIS；或者②当原来断开的E1突然连通了，这时接受模块能检测到LOF＝0。

上述两种情况下，都产生系统复位信号，系统自动进入检测态1；对端在传输态如果检测到对方处于检测态1（通过接受到的奇帧TS16可以知道），则产生系统复位信号（注意：

如果在检测态1则不产生复位信号），从而也进入检测态1。

这样，原来的链路自动拆除，本地和远端重新初始化，重新建链，达到带宽自动调整的目的。

也可以这样处理：

当某一E1突然断了时，不使系统复位，而是通过奇帧TS16传输到对端，对端收到后也拆除该路E1。

但是，如果是原来断开的E1突然连通了，则必须系统复位，因为要统一检测连通的E1之间的相对延时是否超时。

2.4信令定义

可用E1：

连通且相对延时不超过128ms。

发送和接受信道的可用E1相对独立，传输也相对独立，只有收发两个方向的可用E1信道号完全一致时环回才有意义。

信令描述：

◆在检测态，每一路单独检测。

发基本帧，TS16传信令。

◆发送方向TS16信令：

传本地接受E1的情况，如本地接受E1的通断和超时状态（由本地接受模块检测）。

也传本地对远端的复位信令；

◆接受方向TS16信令：

表示本地发送E1的情况，如本地发送E1的通断和超时状态（由对端接受模块检测）。

◆奇帧或者偶帧TS16寄存器每2帧更新一次。

1）TS16信令的定义：

奇帧TS16（所有状态）：

传本路E1状态号（高4位）和4路E1的可用状态（低4位）：

BIT7

BIT6

BIT5

BIT4

BIT3

BIT2

BIT1

BIT0

比特

0

0

0

0

0

0

0

0

复位值

宏帧同步指示：

1：

同步；

0：

不同步

LOMEGEF

本路E1状态号：

000为复位态

001为检测态1

010为检测态2

011为检测态3

100为检测态4

101为初始化态

110为传输态

3路指示

1：

可用

0：

不可用

2路指示

1：

可用

0：

不可用

1路指示

1：

可用

0：

不可用

0路指示

1：

可用

0：

不可用

意义

偶帧TS16（非传输态）：

传4路E1的共同信息，即通断状态和本端环回状态。

BIT7

BIT6

BIT5

BIT4

BIT3

BIT2

BIT1

BIT0

比特

0

0

0

0

0

0

0

0

复位值

本端

E1LP_REMOTE

1：

设置环回；

0：

开路

3路

通断指示

1为通

0为断

2路

通断指示

1为通

0为断

1路

通断指示

1为通

0为断

0路

通断指示

1为通

0为断

意义

偶帧TS16（传输态）：

传本路E1 本传输方向信息

BIT7

BIT6

BIT5

BIT4

BIT3

BIT2

BIT1

BIT0

比特

0

0

0

0

0

0

0

0

复位值

复帧编号：

0～255

意义

2）测试码TEST1：

测试信道的通断状态，定义TEST1=01H；在检测态1，数据时隙发送TEST1码，TS16发送信令，其中TS16的BIT6～4表示状态号；在传输态，如果收到信令TS16中的状态号为检测态1，则表示对端复位后回到了检测态1，所以此时应该产生系统复位信号，以便也回到复位状态，使本地和远端的状态同步；

3）测试码TEST2：

测试信道的可用状态：

只对连通的E1进行测试，有可用、超时2种状态，定义TEST2=02H；

4）空闲码IDLE：

在IMT模块中当发送FIFO还未写满之前发送的码，以便保证PCM32个时隙中有数据。

定义IDLE＝03H。

2.5复帧和宏帧

2.5.1复帧的收发与同步

1）发送

复帧定位的方法：

使用TS0的Sa6Sa7Sa8给奇帧编号，Sa6，Sa5始终置0。

偶帧TS0=10011011;

奇帧TS0＝11000***；

***代表Sa8Sa7Sa6＝1，3，5，7，9，11，13，15。

2）接受

接受部分包括基本帧同步，复帧同步，宏帧同步。

其中基本帧同步和复帧同步在E1解帧和信令提起模块中完成，输出帧头FP、复帧帧头MFP以及PCM数据流到IMR，宏帧同步在IMR中完成。

同时输出帧丢失LOS、复帧丢失LOMF信号到系统控制模块。

基本帧同步：

搜索10011011的字节；

复帧同步：

搜索11000111的字节，如果检测到TS0＝11000111，则下一个基本帧的帧头即是复帧帧头。

2.5.2宏帧的收发与同步

1）宏帧定义

256个（4x64）复帧组成一个宏帧：

megaframe，每路E1共64个复帧，4路复帧并行组成的方阵4*64（4行64列，共256个复帧）形成宏帧，宏帧周期128ms。

如图所示。

2）宏帧同步

发送时一个宏帧的4路E1数据同时发送，但接受时一个宏帧的4路E1数据流是先后到达的，当4路E1数据都到齐时简称为宏帧同步。

3）同步窗口：

4路E1中接受到的复帧编号分别记为n0,n1,n2,n3。

n0n1n2n3构成同步窗口，每隔一个复帧周期更新一次。

4）同步码：

将宏帧头即复帧编号0、1、2、3作为宏帧同步码。

E1_3

5）宏帧的发送

宏帧的发送有IM发送模块（IMT）和信令插入模块共同完成。

复位后，发送信道状态寄存器TX_CH[3:

0]为0，表示都不可用。

RX_DATA[7:

0]不

写入发送FIFO，一旦监视到TX_CH[3:

0]中有可用信道，则使RX_READY=1，并

立即开始连续写入采样数据到对应的FIFO中。

RX_READY=0时禁止写采样数据到发送FIFO中。

监视发送FIFO的可读标志T_FIFO_REN（1有效。

0无效），当发送FIFO全部半

满时，可读标志为1。

可读标志为0时，PCM32个时隙全部填写IDLE码，当可

读标志为1时，从下一帧开始读取FIFO中的数据，并填写到PCM30个数据时隙

中，其中TS0和TS16仍然填写IDLE。

在信令发送模块中，同样监视可读标志，当可读标志为1时，从下一帧开始组织复

帧和宏帧，即在TS0和TS16中插入相应的信令：

给基本帧编号来组织复帧，基本帧编号：

1～15，插入奇帧TS0中。

给复帧编号来组织宏帧：

复帧编号：

0～255，并将复帧号写入偶帧的TS16中。

6）宏帧同步条件

宏帧同步在IM接受模块（IMR）中完成。

a）当可用E1的复帧头出现时，才进行串并转换，并开始将复帧号写入同步窗口中：

n0，n1，n2，n3。

此阶段不将复帧数据写入FIFO中（属于数据丢失，但没有关系）。

②当n0，n1，n2，n3的最小值（即n0＝0，n1＝1，n2＝2，n＝3）出现时才将复帧数据写入FIFO中。

当他们的最小值都出现后，才进入宏帧同步搜索状态。

③监视同步窗口n0n1n2n3：

当满足宏帧同步条件时，TX_READY＝1。

如果读写地址相差一个复帧的大小，就可以轮流读FIFO。

④每隔一个复帧的周期，同步窗口更新一次。

5每隔一个宏帧周期（64个复帧，128ms）检查一次同步窗口是否满足宏帧同步条件。

6如果复帧失步或者宏帧失步则产生系统复位信号。

注意：

上述的同步条件是针对4路E1都是可用的情况下，如果关闭某一路E1，则宏帧结构和同步条件要做相应的改变。

3发送模块和接受模块工作流程

接受数据寄存器

建链的握手过程

本地环回？

本地环回？

复位（4路）

4系统组成功能框图

寄存器

5CPU接口

5.1功能

CPU接口模块的作用是便于网管，外部CPU可以配置FPGA（如环回、码型选择等）

和读取FPGA的工作状态（如E1的通断、超时，带宽指示，告警指示，初始化和传输状态指示等等）。

5.2寄存器

寄存器定义为8位，地址为3位。

5.2.1配置寄存器（REG_CONFIG）

地址:

OH

Bit

Type

Function

default

Bit7

R

SHC_SEL:

软硬配置开关

0

Bit6

R/W

E1LP_LOCAL:

本地环回

0

Bit5

R/W

E1LP_REMOTE:

远端环回

0

Bit4

R/W

E1TX_HDB3_NRZ：

发送方向码型

1

Bit3

R/W

E1RX_HDB3_NRZ：

接受方向码型

1

Bit2

R

CONFIGURE:

软配置状态

0

Bit1

R/W

RST_CPU:

软复位

1

Bit0

R/W

Unused

0

功能说明：

1）为了调试和操作的方便，设置一个软硬配置开关：

SHC_SEL（只读）。

SHC_SEL和硬配置通过跳线器手工实现。

SHC_SEL＝1时，该寄存器为只读属性（硬配置）；

SHC_SEL＝0时，该寄存器为读写属性（软配置）。

2）E1LP_LOCAL为1时，本地环回有效，为0时无效；

3）E1LP_REMOTE为1时，远端环回有效，为0时无效；

4）E1TX_HDB3_NRZ和E1TX_HDB3_NRZ为1时是HDB3码型，为0时是NRZ码型。

5）CONFIGURE:

软配置状态。

为1时表示软配置完成。

如果SHC_SEL＝1，则CONFIGURE值没有意义；

如果SHC_SEL＝0，则CONFIGURE为0表示还没有配置，芯片中的状态机等待配置，CONFIGURE为1表示已经配置。

6）RST_CPU：

软复位。

CPU通过写该寄存器可使系统复位。

为0时导致复位。

5.2.2状态寄存器

（1）带宽寄存器（REG_BAND）

地址:

1H

Bit

Type

Function

default

Bit7

R

RX_FRE[2]

0

Bit6

R

RX_FRE[1]

0

Bit5

R

RX_FRE[0]

0

Bit4

R

TX_FRE[2]

0

Bit3

R

TX_FRE[1]

0

Bit2

R

TX_FRE[0]

0

Bit1

R/W

Unused

0

Bit0

R/W

Unused

0

功能说明：

RX_FREE[2:

0]：

发送方向带宽指示，为0时表示没有建立连接，带宽为0；

为N时，表示带宽为N*1.92M；

TX_FREE[2:

0]：

接受方向带宽指示，为0时表示没有建立连接，带宽为0；

为N时，表示带宽为N*1.92M；

（2）综合状态寄存器（REG_MULTSTATE）

地址:

2H

Bit

Type

Function

default

Bit7

R

RX_READY

0

Bit6

R

TX_READY

0

Bit5

R

E1LP_VALID

0

Bit4

R

REMOTE_E1LOOP

0

Bit3

R

AIS3

0

Bit2

R

AIS2

0

Bit1

R

AIS1

0

Bit0

R

AIS0

0

功能说明：

RX_READY:

发送方向工作状态。

为0时表示发送方向正在初始化；为1时表示已经进入传输状态，可以传输数据；

TX_READY:

接受方向工作状态。

为0时表示接受方向正在初始化；为1时表示已经进入传输状态，可以传输数据；

E1LP_VALID:

环回有效指示。

为0时表示没有环回或者有环回时但环回无效；为1时表示环回有效；