摘  要：基于分組網(wǎng)絡(luò)的電路仿真服務(wù)在分組網(wǎng)絡(luò)上提供了一種傳輸傳統(tǒng)電路交換業(yè)務(wù)的方法，對(duì)于現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)融合具有重要意義。為了實(shí)現(xiàn)分組網(wǎng)絡(luò)中的E1信號(hào)傳送，提出一種分組電路仿真處理芯片的實(shí)現(xiàn)方案，并完成了芯片設(shè)計(jì)及應(yīng)用試驗(yàn)。芯片實(shí)施協(xié)議符合IETF(internet engineeringtask force)PWE3(pseudo wire emulation edge-to-edge)工作組的相關(guān)建議草案，芯片內(nèi)部集成全數(shù)字自適應(yīng)時(shí)鐘提取算法和服務(wù)恢復(fù)策略。目前基于該芯片方案的驗(yàn)證系統(tǒng)已經(jīng)通過(guò)了10～100Mb以太網(wǎng)和802．11a無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境測(cè)試。結(jié)果表明：該實(shí)現(xiàn)方案能夠有效抑制分組網(wǎng)絡(luò)傳輸抖動(dòng)和傳輸誤碼導(dǎo)致的服務(wù)失效，可以應(yīng)用于多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
關(guān)鍵詞：電路仿真；芯片設(shè)計(jì)；定時(shí)恢復(fù)

    當(dāng)前數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)已經(jīng)逐漸超過(guò)了傳統(tǒng)的時(shí)分復(fù)用(time division multiplexing，TDM)業(yè)務(wù)，在網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)了主導(dǎo)地位；數(shù)據(jù)分組傳送技術(shù)也已經(jīng)取代電路交換技術(shù)成為建設(shè)下一代網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù)方案。分組電路仿真提供了一種可行的網(wǎng)絡(luò)融合和過(guò)渡方案，它可以在分組交換網(wǎng)上透明傳輸具有恒定速率的TDM數(shù)據(jù)流，利用分組交換網(wǎng)來(lái)提供傳統(tǒng)的時(shí)分復(fù)用業(yè)務(wù)。
    CESoP技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作已經(jīng)在多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組織中進(jìn)行。其中，IETF制定的邊緣到邊緣的偽線(xiàn)仿真技術(shù)得到了較為廣泛的應(yīng)用。目前，RAD公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出IPmux系列電路仿真設(shè)備；Zarlink公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了分組電路仿真業(yè)務(wù)處理器芯片。
    本文提出一種CESoP芯片實(shí)現(xiàn)方案，其處理協(xié)議符合IETF PWE3工作組關(guān)于CESoPSN(circuitemulation setvice overpacket：switched networks)的建議草案，相比其他芯片具有以下優(yōu)點(diǎn)：內(nèi)部集成自適應(yīng)定時(shí)恢復(fù)算法，無(wú)須外部處理器干預(yù)；采用全數(shù)字的恢復(fù)算法，可以方便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成；片內(nèi)實(shí)現(xiàn)基于差錯(cuò)掩蔽的服務(wù)恢復(fù)策略，可以有效地抑制由于數(shù)據(jù)分組丟失造成的TDM設(shè)備故障;采用片外SDRAM(synchrono-us dynamic randomaccess memory)存儲(chǔ)器可以實(shí)現(xiàn)最多256 ms的抖動(dòng)抑制時(shí)間。

1 芯片方案結(jié)構(gòu)
    芯片主要由以太網(wǎng)媒體訪(fǎng)問(wèn)控制單元、協(xié)議處理單元、隊(duì)列管理單元、隊(duì)列仲裁單元、時(shí)隙分配單元、時(shí)隙提取單元、共享存儲(chǔ)管理單元、SDRAM控制單元、E1處理單元、E1接口單元以及微處理器接口單元等構(gòu)成，如圖1所示。

    芯片內(nèi)部包括4條數(shù)據(jù)處理流。
    1)上行TDM數(shù)據(jù)流。
    由E1接口至MII(media independentinterface)接口，來(lái)自E1接口的TDM數(shù)據(jù)進(jìn)行線(xiàn)路解碼，通過(guò)E1處理單元完成數(shù)據(jù)定幀和時(shí)鐘提取，再通過(guò)時(shí)隙提取單元取出需要傳送的有效時(shí)隙和信令，并通過(guò)共享存儲(chǔ)管理單元保存到外部存儲(chǔ)器中，隊(duì)列仲裁單元根據(jù)E1隊(duì)列優(yōu)先級(jí)通過(guò)共享存儲(chǔ)管理單元從外部存儲(chǔ)器中讀出相應(yīng)的E1數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到協(xié)議處理單元，其根據(jù)設(shè)定的協(xié)議格式將TDM數(shù)據(jù)封裝到以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀中，數(shù)據(jù)幀通過(guò)以太網(wǎng)媒體訪(fǎng)問(wèn)控制(media access control，MAC)處理單元最終被發(fā)送到以太網(wǎng)MII接口。
    2)下行TDM數(shù)據(jù)流。
    由MII接口至E1接口，到達(dá)目的地的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀經(jīng)過(guò)MAC處理單元和協(xié)議處理單元處理，提取出有效的E1數(shù)據(jù)分組并將其通過(guò)共享存儲(chǔ)管理單元保存到外部存儲(chǔ)器中，隊(duì)列管理單元對(duì)接收到的El數(shù)據(jù)分組進(jìn)行緩存管理、重排序、抖動(dòng)平滑、差錯(cuò)掩蔽等處理，時(shí)隙分配單元根據(jù)輸出E1接口的情況，通過(guò)共享存儲(chǔ)管理單元從外部存儲(chǔ)器中讀出相應(yīng)的E1數(shù)據(jù)，重新生成E1數(shù)據(jù)幀，然后發(fā)送到E1處理單元進(jìn)行時(shí)鐘恢復(fù)和編碼處理，最后形成標(biāo)準(zhǔn)格式的E1數(shù)據(jù)幀發(fā)送到E1接口。
    3)上行MCU數(shù)據(jù)流。
    由MCU接口至MII接口，外部微處理器通過(guò)MCU接口將控制數(shù)據(jù)分組寫(xiě)入芯片外部的存儲(chǔ)器，當(dāng)上行TDM數(shù)據(jù)流發(fā)送空閑時(shí)，隊(duì)列仲裁單元通過(guò)共享存儲(chǔ)管理單元將控制數(shù)據(jù)分組從外部存儲(chǔ)器讀入，控制分組經(jīng)過(guò)協(xié)議處理單元和MAC單元進(jìn)行封裝，最后發(fā)送到MII接口。
    4)下行MCU數(shù)據(jù)流。
    由MII接口至MCU接口，首先到達(dá)目的地的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀經(jīng)過(guò)MAC處理單元和協(xié)議處理單元處理，根據(jù)設(shè)定的過(guò)濾條件提取出控制分組并將其通過(guò)共享存儲(chǔ)管理單元保存到外部存儲(chǔ)器中，外部微處理器在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)⒖刂品纸M讀出。

2 芯片實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)

2．1 定時(shí)恢復(fù)技術(shù)
    目前針對(duì)時(shí)鐘恢復(fù)問(wèn)題，已經(jīng)提出了多種算法。在芯片設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)了一種基于統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)的全數(shù)字定時(shí)恢復(fù)方案，并在實(shí)際測(cè)試中取得了良好的性能。該方案將整個(gè)定時(shí)恢復(fù)過(guò)程分為3個(gè)子過(guò)程：定時(shí)預(yù)測(cè)、緩沖區(qū)調(diào)整和時(shí)鐘合成。
    定時(shí)預(yù)測(cè)過(guò)程通過(guò)觀測(cè)TDM數(shù)據(jù)分組的到達(dá)間隔信息，估算發(fā)送定時(shí)。令Tr(k)為接收到的第k個(gè)數(shù)據(jù)分組和第k-1個(gè)數(shù)據(jù)分組之間的到達(dá)間隔；發(fā)送端數(shù)據(jù)分組間隔具有固定值Tp;令J(k)為接收到的第k和k-1個(gè)數(shù)據(jù)分組之間的噪聲間隔。那么

可以通過(guò)觀測(cè)Tr(k)得到關(guān)于Tp的無(wú)偏估計(jì)。
    數(shù)據(jù)分組的傳輸抖動(dòng)具有隨機(jī)性，如果直接采用觀測(cè)值估算發(fā)送定時(shí)將導(dǎo)致很大的誤差。觀測(cè)到的間隔值首先通過(guò)預(yù)濾波處理，去除噪聲間隔的高頻分量。采用移動(dòng)平均窗口算法完成預(yù)濾波處理，令Trf(k)表示通過(guò)濾波的間隔預(yù)測(cè)值。