ATM交换机中心控制单元的设计与实现

　　1　概述

　　ATM交换机的功能其中中心控制单元是整个交换机的控制指挥中心，网管代理和维护终端通过本单元对ATM交换机进行管理和维护，各个业务板通过本单元进行汇总、上报，

　　另外ATM交换软件的核心部分----信令软件包括用户到网络信令和网络到网络信令（即UNI/NNI信令）都将放在中心控制单元的硬件上运行。本文主要探讨中心控制单元的硬件设计与实现。

　　中心控制单元为网管代理提供符合IEEE802.3的协议的10BASE-T以太网接口，为维护终端提供符合RS232C标准的串行接口，与各个业务单元之间采用HDLC接口，与交换单元采用交换矩阵接口。由于信令软件、操作系统等都要加载到中心控制单元的硬件上，并且信令信息要进行AAL5适配，所以要求硬件提供足够大的程序存储空间与数据存储空间，并且CPU的处理能力足够高。为此，我们选择了美国Motorola公司生产的MPC860SAR芯片。

　　MPC860SAR芯片是一种功能强大的通信处理芯片，不仅可以实现以太网协议、HDLC协议、UART等多种协议的处理，还可以实现SAR的功能。MPC860SAR产生的ATM信元先到达路由及业务管理模块，在路由及业务管理模块确定交换路由并排队缓存，之后才到达交换矩阵进行交换。只是由于MPC860SAR与路由及业务管理模块之间的接口不匹配，需要设计接口转换电路。

　　2　中心控制单元完成的功能

　　*接收网管代理的信息，发送至业务单元，并且将业务单元的数据上报网管代理；

　　*接收维护终端的信息，发送至各个业务单元，并且将各业务单元的状态等信息汇总、上报给维护终端；

　　*完成SAAL（Singling ATM adapt layer，信令ATM适配层）的CP（公共部分），即对高层产生的信令信息进行AAL5适配，经UTOPIA接口将ATM信元发送到路由及业务管理模块，然后再送至交换单元。

　　3　中心控制单元的设计与实现

　　3.1工作原理及模块间功能描述

　　中心控制单元由CPU模块、通信处理模块和路由及业务管理模块组成。正常工作状态下，CPU模块只是控制是否允许某项通信协议的接收、发送，并不直接参与具体通信协议的处理。具体通信协议的处理、协议数据的接收、发送都是由通信处理模块独立完成的。

　　CPU模块对通信处理模块的控制是通过一个命令寄存器进行的，它们之间的数据交换是通过双端口RAM进行的。

　　通信处理模块中的ATM业务模块即SAR模块的信息通过路由及业务管理模块后到达交换矩阵进行交换。通信处理模块提供ATM侧的收发复用的8bit宽的Utopia接口，而路由及业务管理模块提供ATM侧的16bit宽的Utopia接口，两者不能直接相连，两个模块之间需要进行Utopia接口转换，转换电路采用CPLD实现。

　　路由及业务管理模块作为CPU的一个外部设备，与CPU模块之间通过CPU模块之间通过CPU的外部数据总线、地址总线及控制总线相连。由于路由及业务管理模块的CPU模块提供分开的外部数据总线和地址总线，两模块之间需要进行总线接口转换，转换电路采用EPLD实现。

　　3.2模块内部的功能描述

　　（1）CPU模块

　　CPU模块包括CPU核、32bit宽数据存储器（SDRAM）、32bit宽程序存储器（FLASH）和CPU的硬件复位配置电路。其中CPU核采用32-bit PowerPC结构，内含指令单元和指令执行单元，是用户程序的执行；SDRAM用于存储在程序执行过程中产生或需要的数据；FLASH用于存储用户所编制的程序，与EPROM器件相比突出的优点是使系统具有在线编程能力有灵活的块锁存而起到保护作用；硬件复位配置电路用于在硬件复位时对CPU的某些参数及复用管脚进行设置。

　　（2）通信处理模块

　　通信处理模块包含异步串行通信（UART）处理模块、以太网（Ethernet）处理模块、HDLC通信处理模块和AAL5的SAR（ATM信元的分段与重组）功能模块等。其中UART处理模块用于处理维护终端的信息；Ethernet处理模块用于处理满足IEEE802.3协议的网管代理的信息；HDLC通信处理模块有两种：一种用于中心控制单元和各业务板之间的通信，另一种用于主备中心控制单元之间的通信；SAR功能模块用来实现支持AAL5协议的SAR功能及部分ATM层功能。下面将分别对各功能模块进行简要介绍：

　　通信处理模块中各功能模块的工作原理大致相同，只是SAR模块稍有不同。工作原理如下：通过CPU模块对一些寄存器进行设置，初始化为某种特定的通信协议，然后在双端口RAM中的参数RAM设置成针对该通信协议的参数。当然，不同通信协议的接口控制信号是不同的。

　　SAR功能模块用来实现支持AAL5协议的SAR功能及部分ATM层功能，即对高层产生的信息进行AAL5适配，将其分割为等长的48字节的CS-PDU再加上5字节的ATM信元头，形成53字节的ATM信元，发送至路由及业务管理模块；相反，对从路由及业务管理模块接收的ATM信元进行重组而发送到高层。

　　（3）路由及业务管理模块

　　*功能概述

　　ATM路由及业务管理模块作为一种先进的通信器件，它能够支持非常强大、高性能的ATM交换系统。RTM丰富的性能可为系统设计提供灵活的网络业务。与ATM交换矩阵单元（SE）组成的交换矩阵组合应用，能够构建622Mbps到160Gbps的交换容量，该模块能提供622Mbps UTOPIA访问。该模块单独也能构建一个622Mbps交换。

　　RTM利用每个VC接收队列，64个接收业务类，31个虚输出能够进行灵活的多优先级的排序运算。该排序器能被用来作为CBR,VBR,UBR的虚通道连接的QoS的计算。RTM也提供五个独立的阻塞门限，每个以滞后而有选择的控制AAL5的早包丢弃（EPD）与UBR基于信元丢失优先级的信元丢弃，RTM还支持完全的VPI/VCI头翻译，64K的输入、输出信元缓冲，以及VP/VC交换。在接收侧和发送侧分别支持16K个VCS。

　　*信元流概述

　　（1）在接收侧，从UTOPIA接口接收到的信元完成通道号的查找。接收到的信元要么丢弃要么发送到接收信元缓冲DRAM中，这依据六个阻塞管理检查机制（即最大门限、阻塞门限业务类组，业务类以及连接等）进行排队。

　　（2）当一个可用信元时间发生时间发生时，由接收侧排序器选择四个单元，并从接收信元缓冲DRAM读信元并且发送到交换矩阵。

　　（3）在发送侧，一旦从交换矩阵接收到一个信元，或者丢弃或者发送缓冲DRAM并且在发送队列中进行排队。这依靠十个阻塞管理检查机制（即最大门限，阻塞门限，VO,SC,SCG,SCQ以及连接等）；

　　（4）信元由发送侧排序器选择发送时，从信元缓冲DRAM中移走，并且由相应的头翻译与分配的多点或头匹配器进行处理，然后，信元被发送到UTOPIA接口，并且在发送侧离开该模块。

　　*业务管理模块

　　应用RTM的业务管理性进行监控与RTM资源的控制。该模块根据分配的情况与队列深度的需要，利用CAC完成呼叫允许与拒绝。

　　（1）负责接收连接与拒绝连接：根据当前阻塞情况来接收连接或拒绝连接；

　　（2）负责分配业务类队列连接：对每个连接，根据不同业务的QoS，在接收与发送方向分别设置该连接相应的队列深度；

　　（3）调整SCQs轮循业务顺序权值：保证高优先级的信元先发送；

　　（4）更新连接与业务类队列的深度：根据业务需要灵活地在线更改参数设置。

　　*优点

　　（1）满足QoS的要求；

　　（2）使CDV最小化；

　　（3）MCR的保证：时槽表的应用确保所有的业务类（SCS）均等地获得最小的信元速率；

　　（4）公平地获得最大：允许不同的SCs支持不同的带宽；

　　（5）输出独立：到不同虚输出的通道信元被保存在独立的数据结构中，这样一个虚输出的阻塞不至于引起另一个虚输出的阻塞，从而起到很好的隔离作用。

　　4　结语

　　中心控制单元是ATM交换机正常运行的核心所在。该中心控制单元使网管代理通过该单元完成对ATM网络的参数配置及网络管理，使维护终端通过该单元对ATM交换机进行维护，使各个业务板通过该单元进行状态上报和数据汇总，从而较好地完成了对ATM交换机的指挥控制功能。