解復(fù)用處理電路中成幀器模塊的設(shè)計(jì)與仿真

韓美林 喬成芳

（商洛學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院 商洛 726000）

關(guān)鍵字 解復(fù)用電路；成幀器；幀頭字符定位

1 引言

從高速的串行數(shù)據(jù)中恢復(fù)出來(lái)的不同類型的數(shù)據(jù)只是按照順序以各自的bit寬度重新放置，并沒(méi)有按照正確的幀格式字節(jié)對(duì)齊，導(dǎo)致后續(xù)電路無(wú)法直接使用這樣的數(shù)據(jù)，所以成幀器是尋找標(biāo)準(zhǔn)幀格式起始位置的關(guān)鍵電路［5］。

光傳送網(wǎng)的幀格式是一個(gè)4行×4080字節(jié)的塊狀幀結(jié)構(gòu)，其中第1列至第16列字節(jié)是開銷字節(jié)，第17列至第3824列字節(jié)是凈荷數(shù)據(jù)，第3825列至第 4080列字節(jié)是前向糾錯(cuò)（FEC）編碼數(shù)據(jù)［6］。G.709規(guī)定，幀定位開銷字節(jié)是一個(gè)OTUk/ODUk幀的起始字節(jié)，占用OTUk/ODUk幀結(jié)構(gòu)的第1行的前7個(gè)字節(jié)，第一行的1到6個(gè)字節(jié)為幀定位開銷（FAS），這6個(gè)字節(jié)的內(nèi)容為“0xF6F6F6282828”，第七個(gè)字節(jié)為復(fù)幀定位MFAS復(fù)幀定位開銷（MFAS）［7］。

2 OTU2_64bit成幀器設(shè)計(jì)

2.1 OTU2_64bit幀頭字符定位檢測(cè)設(shè)計(jì)

OTU2字符定位檢測(cè)就是要從64bit數(shù)據(jù)中找到FAS（0xF6F6F6282828），考慮到OTU2信號(hào)是由SFI4.2接口中的串并轉(zhuǎn)換單元不考慮數(shù)據(jù)幀頭的位置隨機(jī)將相鄰64bit數(shù)據(jù)劃分在一起輸出的［8］，所以連續(xù)的48bit幀頭數(shù)據(jù)可能處在一個(gè)時(shí)鐘周期的64bit數(shù)據(jù)中，也可能處在兩個(gè)時(shí)鐘周期的64bit數(shù)據(jù)之間。所以首先把第一個(gè)時(shí)鐘周期的64bit數(shù)據(jù)緩存，再與下一個(gè)周期的64bit組合成128bit數(shù)據(jù)［9］。通過(guò)比較器與128bit數(shù)據(jù)比較，最終檢測(cè)出固定的48bit幀頭數(shù)據(jù)。具體實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 OTU2_64bit的幀頭字符檢測(cè)模塊結(jié)構(gòu)圖

如圖1所示，首先將第一個(gè)時(shí)鐘周期的64bit數(shù)據(jù)緩存再與下一個(gè)周期的64bit數(shù)據(jù)組合為128bit的join_data數(shù)據(jù)；其次，在128bit數(shù)據(jù)里找48bit幀頭時(shí)先將0x28與join_data的第16位到第23位逐一進(jìn)行比較，如果比較結(jié)果為高則在join_data出現(xiàn)0x28的位置向前繼續(xù)與0x2828進(jìn)行比較，如果比較結(jié)果為高則在join_data出現(xiàn)0x282828的位置逐一向前繼續(xù)與0xf6f6進(jìn)行比較，如果比較結(jié)果為高則在join_data出現(xiàn)0xf6f6282828的位置逐一向前繼續(xù)與0xf6進(jìn)行比較，如果結(jié)果為高則鎖定數(shù)據(jù)，將其看做為幀頭數(shù)據(jù)，并給出幀頭指示信號(hào)check_1st。根據(jù)給出的幀頭指示信號(hào)將行列指示清零重新進(jìn)行計(jì)數(shù)［10］。如果其中有一次比較結(jié)果為低則從比較結(jié)果為低的位置向前重新開始比較，直到找到幀頭。

2.2 OTU2_64bit幀同步電路設(shè)計(jì)

找到幀頭指示信號(hào)后，需要通過(guò)幀頭同步來(lái)確定是否是數(shù)據(jù)流的正確幀頭。通過(guò)分析得知幀同步過(guò)程中有幀丟失、幀失步、和重新發(fā)現(xiàn)幀頭等多種可能性，考慮到這點(diǎn)所以此電路設(shè)計(jì)采用有限狀態(tài)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)其包含的所有狀態(tài)［11］。如圖2所示為各個(gè)狀態(tài)跳轉(zhuǎn)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。

圖2 OTU2_64bit的幀同步狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

幀同步狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖所有狀態(tài)的具體含義為

1）幀丟失狀態(tài)：電路在復(fù)位狀態(tài)下處于幀丟失狀態(tài)，通過(guò)幀頭檢測(cè)模塊給出的幀頭使能信號(hào)與行列指示信號(hào)來(lái)判斷是否進(jìn)入下一狀態(tài)。如果幀頭使能信號(hào)為高且?guī)^位置在第一行第一列則進(jìn)入找到幀頭狀態(tài)，否則一直保持幀丟失狀態(tài)。

2）找到幀頭狀態(tài)：電路處于找到幀頭狀態(tài)后，在下一幀幀頭位置繼續(xù)檢測(cè)是否為幀頭，如果連續(xù)三次在幀頭位置都能找到幀頭則進(jìn)入到幀同步狀態(tài)，否則返回到幀丟失狀態(tài)，重新開始檢測(cè)幀頭。

3）幀同步狀態(tài)：在幀同步狀態(tài)時(shí)電路一直處于幀同步狀態(tài)直到在幀格式的起始位置沒(méi)有檢測(cè)到幀頭指示信號(hào)，則進(jìn)入到幀失步狀態(tài)。

4）幀失步狀態(tài)：在幀失步狀態(tài)時(shí)，繼續(xù)在前同步狀態(tài)的幀格式起始位置尋找?guī)^，如果三次及三次以內(nèi)重新找到幀頭則電路進(jìn)入幀同步狀態(tài)，否則進(jìn)入幀丟失狀態(tài)［12］。

本狀態(tài)機(jī)是根據(jù)G.709的幀格式設(shè)計(jì)出來(lái)的，因?yàn)镺TU2、ODU1、ODU0的幀格式本質(zhì)相同，所以O(shè)TU2、ODU1、ODU0的幀同步電路狀態(tài)機(jī)基本一致，此處不再說(shuō)明。

3 ODU1_16bit成幀器設(shè)計(jì)

ODU1的幀頭字符檢測(cè)設(shè)計(jì)與OTU2的幀頭字符檢測(cè)設(shè)計(jì)最大的不同在于輸出的數(shù)據(jù)比特位寬度不同，OTU2一個(gè)時(shí)鐘周期輸出64bit數(shù)據(jù)，ODU1一個(gè)時(shí)鐘周期輸出16bit數(shù)據(jù)，這使得ODU1幀頭字符檢測(cè)設(shè)計(jì)與OTU2的幀頭字符檢測(cè)設(shè)計(jì)有所不同［13］。

ODU1一個(gè)時(shí)鐘周期輸出16bit數(shù)據(jù)，則至少需要三個(gè)時(shí)鐘周期才可以找到FAS（0xF6F6F6282828），考慮到數(shù)據(jù)的連續(xù)性，將輸出的ODU1數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的組合［14］。具體實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 ODU1_16bit的幀頭字符檢測(cè)模塊結(jié)構(gòu)圖

如圖3所示，將ODU1輸入數(shù)據(jù)延遲一個(gè)節(jié)拍再與下一節(jié)拍輸入數(shù)據(jù)拼接為32bit的join_data0數(shù)據(jù)，再將join_data0數(shù)據(jù)與下一節(jié)拍輸入數(shù)據(jù)拼接為48bit的join_data1數(shù)據(jù)，最后將join_data1數(shù)據(jù)與下一節(jié)拍輸入數(shù)據(jù)拼接為64bit的join_data2數(shù)據(jù)，最終完成數(shù)據(jù)的拼接，為找?guī)^檢測(cè)電路提供數(shù)據(jù)的連續(xù)性［15］。幀頭檢測(cè)首先采用16位的比較器比較data_in與0x28是否一致，其次用32位的比較器比較join_data0的8至32位的數(shù)據(jù)是否與0x2828一致，再次用48位的比較器比較join_data1的24～47位的數(shù)據(jù)是否與0xF6F6一致，然后用64位的比較器比較join_data2的40至55位的數(shù)據(jù)是否與0xF6一致，最后將這幾個(gè)比較器的比較結(jié)果相與，如果為高則檢測(cè)到幀頭數(shù)據(jù)，如果為低則沒(méi)有檢測(cè)到幀頭數(shù)據(jù)。

ODU0_8bit的幀頭字符檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì)與ODU1的幀頭字符檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì)方法一致，此處不再說(shuō)明。

4 成幀器模塊功能仿真及結(jié)果分析

如圖4為OTU2成幀器的幀頭字符定位檢測(cè)和幀同步電路仿真結(jié)果圖。data_in表示幀頭字符定位檢測(cè)的輸入數(shù)據(jù)，join_data為128bit的拼接數(shù)據(jù)，check_1st置高表示找到幀頭，combine_data表示找到幀頭后輸出的數(shù)據(jù)，line和colunm分別表示輸出數(shù)據(jù)的行列指示。從圖中可以看出當(dāng)check_1st為高時(shí)行列指示全部清零重新開始計(jì)數(shù)，并且將join_data中拼接的幀頭信息找到后提取出來(lái)作為combine_data數(shù)據(jù)的第一行第一列為幀頭數(shù)據(jù)“f6f6f6282828xxxx”。data_in_0表示幀同步的輸入數(shù)據(jù)，state為四種狀態(tài)轉(zhuǎn)移信號(hào)，check_1st為高表示找到幀頭，data_out為OTU2成幀后的數(shù)據(jù)輸出，line和colunm分別表示輸出數(shù)據(jù)的行列指示。從圖中可以看出當(dāng)找到幀頭時(shí)行列指示清零開始重新計(jì)數(shù)，幀頭位置數(shù)據(jù)為“f6f6f6282828xxxx”。

如圖5為ODU1成幀器的幀頭字符定位檢測(cè)和幀同步電路仿真結(jié)果圖。read_en_gap為ODU1時(shí)鐘的使能信號(hào)，data_in表示幀頭字符定位檢測(cè)的輸入數(shù)據(jù)，join_data0、join_data1、join_data2分別為輸入數(shù)據(jù)的拼接，check_out置高表示找到幀頭，com?bine_data表示找到幀頭后輸出的數(shù)據(jù)，line和col?unm分別表示輸出數(shù)據(jù)的行列指示。從圖中可以看出當(dāng)check_out為高時(shí)行列指示全部清零重新開始計(jì)數(shù)，并且將join_data2中拼接的幀頭信息找到后提取出來(lái)作為combine_data數(shù)據(jù)的第一行第一列為幀頭數(shù)據(jù)的起始數(shù)據(jù)。data_in1表示幀同步的輸入數(shù)據(jù)，state為四種狀態(tài)轉(zhuǎn)移信號(hào)，check_out為高表示找到幀頭，data_out為ODU1成幀后的數(shù)據(jù)輸出，line和colunm分別表示輸出數(shù)據(jù)的行列指示。從圖中可以看出當(dāng)找到幀頭時(shí)行列指示清零開始重新計(jì)數(shù)。

圖4 OTU2成幀器的幀頭字符定位檢測(cè)和幀同步電路仿真結(jié)果圖

圖5 ODU1成幀器的幀頭字符定位檢測(cè)和幀同步電路仿真結(jié)果圖

5 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的成幀器模塊完成的主要功能是從輸入的OTU2或ODUK數(shù)據(jù)單元中找到處于任意位置的固定48bit數(shù)據(jù)，找到固定的48bit數(shù)據(jù)后判斷是否是合法的幀頭，如果合法則給出行列指示，否則重新進(jìn)行查找。對(duì)于不在數(shù)據(jù)格式首位的幀頭進(jìn)行數(shù)據(jù)重排并校正行列指示，再進(jìn)行后續(xù)處理。有效地解決了解復(fù)用處理電路中沒(méi)有按照正確的幀格式字節(jié)對(duì)齊的數(shù)據(jù)所帶來(lái)的問(wèn)題。通過(guò)仿真結(jié)果表明，該電路能夠準(zhǔn)確地完成幀頭字符定位檢測(cè)。