PMC4351在便攜式2M誤碼測試儀中的應(yīng)用
關(guān)鍵詞：2M便攜式誤碼測試儀；PMC4351；液晶顯示屏；現(xiàn)場可編程門陣列
1 2M便攜式誤碼測試儀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
便攜式2M誤碼測試儀（以下簡稱誤碼儀）集2M誤碼測試分析、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)圖形顯示三種功能于一體。該儀器是通過采用嵌入式設(shè)計(jì)技術(shù)，把FPGA、成幀器、LCD控制器等核心部件進(jìn)行系統(tǒng)集成，并利用SOPC、LCD圖形顯示等現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的一種綜合設(shè)計(jì)，具有功能強(qiáng)大、技術(shù)含量高、體積小、重量輕等特點(diǎn)，攜帶和操作十分方便，有很強(qiáng)的實(shí)用性和良好的市場前景，代表了當(dāng)今電子測量儀器的一種發(fā)展趨勢。2M誤碼測試儀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
1.1 人機(jī)接口模塊
人機(jī)接口分顯示和鍵盤兩部分。其中顯示模塊采用可顯示漢字和圖形的圖形點(diǎn)陣式液晶顯示屏。漢字顯示方便用戶使用。圖形顯示可使用統(tǒng)計(jì)圖表、曲線等多種顯示方式來表達(dá)要顯示的內(nèi)容，使顯示內(nèi)容更加生動(dòng)。由于儀器為手持式的，顯示屏的外形要小，所以要求顯示像素的尺寸也要小，這樣才能有足夠的像素點(diǎn)陣。顯示屏模塊還要帶有顯示控制器、顯示緩沖器和背光電源，以便在現(xiàn)場光線不足時(shí)使用。
鍵盤模塊分為兩組：組合鍵和功能鍵。組合鍵在不同的層次界面下通過軟件來控制，實(shí)現(xiàn)不同的功能，并在顯示屏上顯示。而一部分功能必須由功能鍵來完成，一個(gè)單元的鍵對應(yīng)一個(gè)功能，如控制光標(biāo)移動(dòng)的上、下、左、右鍵。
1.2 2M測試模塊
2M測試模塊可以完成數(shù)字口的全部測試工作，包括HDB3碼的編碼和解碼、時(shí)鐘提取、測試圖案的產(chǎn)生和檢測、各種幀格式信號(hào)的產(chǎn)生以及告警信號(hào)的產(chǎn)生及檢測等。本設(shè)計(jì)采用的是PCM-Sierra公司的PMC4351。PMC4351集成了先進(jìn)的成幀器、收發(fā)滑動(dòng)緩存器和一個(gè)片內(nèi)短、長特理線路接口，當(dāng)將其用作E1接口時(shí)，其幀結(jié)構(gòu)符合CCITT G.704、G.706和G.732協(xié)議。PMC4351內(nèi)含有E1成幀器和3個(gè)HDLC控制器，可提供2.048Mb/s的E1數(shù)據(jù)接口，完成E1信號(hào)轉(zhuǎn)換，還具AMI、HDB3及B8ZS線路編碼，幀標(biāo)志的產(chǎn)生、零比特的插入和刪除、CRC碼的產(chǎn)生和校驗(yàn)、鏈路檢測、錯(cuò)誤報(bào)警及相應(yīng)的處理功能。PMC4351包括接收線路接口單元（Receive LIU）、抖動(dòng)消除器（JAT）、背板接口（Backplane interface）、時(shí)鐘合成適配器（CSAD）、數(shù)據(jù)接收器（Transmit LIU）、E1成幀器（ETST）、發(fā)送線路接口單元（Transmit LIU）、微處理器接口（MPU）和連接測試接入端口組（JTAG）、彈性存儲(chǔ)單元（ELST）十個(gè)主要部分。其功能框圖如圖2所示。
1.3 存儲(chǔ)模塊
存儲(chǔ)模塊用于記錄監(jiān)測結(jié)果，并提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘，主要器件是非常失性存儲(chǔ)器和實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，本設(shè)計(jì)采用Dallas公司的DS1746型模塊，內(nèi)含128K字節(jié)的非易失RAM和實(shí)時(shí)時(shí)鐘。它有如下主要特征：
●集成了NV SRAM、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、晶振、電源失效控制電路和鋰電池。
●內(nèi)含的訪問時(shí)鐘寄存器方式與靜態(tài)RAM完全相同，這些寄存器位于RAM中最高的8個(gè)地址。
●完全的非易失性，可在缺少電源的條件下工作10年以上。
●帶有電池電壓指示標(biāo)志。
●具有電源失效寫保護(hù)，允許±10%的VCC電源容差。
1.4 控制模塊
控制模塊由Altera公司的FPGA（Cyclone EP1C12）、SDRAM、FLASH及外圍電路組成。由FPGA內(nèi)嵌的Nios軟核來實(shí)現(xiàn)運(yùn)算控制功能。Nios是Altera公司基于RISC技術(shù)的通用嵌入式軟核處理器，它主要是利用Altera公司的SOPC Builder應(yīng)用軟件改造系統(tǒng)硬件平臺(tái)，通過將包括32位高性能處理器在內(nèi)的多種應(yīng)用模塊嵌入到一個(gè)通用的FPGA內(nèi)，來實(shí)現(xiàn)一個(gè)完全可重置的處理模塊。
2 2M測試模塊設(shè)計(jì)
2.1 電路設(shè)計(jì)
2M測試模塊由PMC4351及其外圍電路組成，具體電路見圖3。
圖中，載有時(shí)鐘信號(hào)的單極信號(hào)和參考電壓從接收端口引入，并由時(shí)鐘與數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊進(jìn)行B8ZS和HDB3解碼，時(shí)鐘和PCM數(shù)據(jù)恢復(fù)、線路編碼混亂監(jiān)測及信號(hào)丟失檢測。根據(jù)引入的RZ數(shù)據(jù)脈沖，模塊使用數(shù)字鎖相環(huán)進(jìn)行時(shí)鐘恢復(fù)并重建NRZ數(shù)據(jù)。當(dāng)可編程連續(xù)比特周期極限內(nèi)的線路脈沖輸入的正負(fù)方向上都沒有脈沖時(shí)，模塊則指示為信號(hào)丟失。一旦出現(xiàn)一個(gè)單獨(dú)線路脈沖，指示即被清除。當(dāng)檢測到線路信號(hào)丟失或出現(xiàn)時(shí)，即產(chǎn)生中斷。
當(dāng)RJATEN寄存器比特值為邏輯1時(shí)，接收抖動(dòng)衰減器對發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行抖動(dòng)削弱處理，
PMON模塊提供性能監(jiān)控記數(shù)功能，即統(tǒng)計(jì)CRC錯(cuò)誤事件、幀同步比特錯(cuò)誤事件及線路編碼混亂事件等。對于E1模式而言，線路編碼混亂被定義為AMI編碼信號(hào)及HDB3編碼信號(hào)的雙極混亂（BPV）。
E1成幀功能由E1-FRMER模塊實(shí)現(xiàn)。E1-FRMR模塊在引入的還原的PCM數(shù)據(jù)流中搜索基本幀隊(duì)列、CRC復(fù)幀隊(duì)列以及信道關(guān)聯(lián)信令（CAS）。E1-FRMR也可根據(jù)用戶選擇對基于幀丟失、CRC復(fù)幀丟失和CAS復(fù)幀丟失進(jìn)行檢測和指示。幀重組操作可由軟件（E1-PRMR幀隊(duì)列選項(xiàng)寄存器）來進(jìn)行初始化，也可在出現(xiàn)過多的CRC錯(cuò)誤和400ms內(nèi)未發(fā)現(xiàn)CRC我?guī)?duì)列的情況下初始化。E1-FRMR還可識(shí)別幀、CRC復(fù)幀和CAS復(fù)幀的開始位置。能夠提取國際通信比特（從和NFAS復(fù)幀NFAS復(fù)幀中）、國內(nèi)通信比特和備用比特（CAS多幀中的時(shí)隙16和幀0），并分別存儲(chǔ)在E1-FRMR國際通信比特/國內(nèi)通信比特和備用比特寄存器中，同時(shí)，它也可以提取CRC子復(fù)幀的國內(nèi)通信比特SA4-SA8，并存儲(chǔ)在可讀寄存器中，每個(gè)子復(fù)幀更新一次。
背板收接口輸出包含BRPCM所有時(shí)隙2.048Mbit/s的串行數(shù)據(jù)流，BRFP信號(hào)可以指示每256bit幀的第一比特，或是CRC復(fù)幀的第一幀的第一比特。所以接收背板信號(hào)背板時(shí)鐘保持同步。
E1轉(zhuǎn)發(fā)器產(chǎn)生2046kbit/s數(shù)據(jù)流、生成幀、CRC復(fù)幀及CAS復(fù)幀。與傳輸單信道串行控制器（TPSC）一致，E1-TRAN塊提供空閑碼置換、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、信令源與CAS數(shù)據(jù)及數(shù)字音頻插入的單時(shí)隙控制。HDLC轉(zhuǎn)發(fā)器（TDPR）和傳輸信道插入（TXCI）塊串的時(shí)隙16均支持普通信道信令（CCS），CCS支持AIS和TS16 AIS的傳輸出及遠(yuǎn)端警報(bào)（RAI）和遠(yuǎn)端多幀警報(bào)信號(hào)的傳輸。
1.1 軟件設(shè)計(jì)
誤碼儀的軟件按照軟件工程的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。按功能模塊的劃分可分為以下幾個(gè)部分：初始化模塊、鍵盤模塊、運(yùn)算處理模塊、顯示模塊、管理控制模塊、存儲(chǔ)操作模塊和打印模塊。
系統(tǒng)的初始化模塊包括開機(jī)自檢、硬件參數(shù)初始化等；鍵盤模塊對面板上的用戶輸入進(jìn)行分析處理，并轉(zhuǎn)到管理控制模塊，通過調(diào)用相關(guān)函數(shù)實(shí)現(xiàn)并進(jìn)行處理；算法處理模塊對從PMC4351輸入的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并由狀態(tài)顯示模塊顯示程序運(yùn)行時(shí)的各種狀態(tài)；存儲(chǔ)操作模塊對各次操作結(jié)果和分析進(jìn)行記錄，并對記錄進(jìn)行管理；打印模塊完成對測試結(jié)果的打印。
圖3
誤碼儀的所有與硬件有關(guān)的操作都以標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)形式提供，上層應(yīng)用程序與硬件不發(fā)生任何聯(lián)系，而是通過標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)訪問。由SOPC Builder應(yīng)用軟件生成的用戶邏輯接口來完成對PMC4351的硬件驅(qū)動(dòng)。上層應(yīng)用程序?qū)τ脩暨壿嫷暮瘮?shù)調(diào)用即可完成對PMC4351的操作。以下給出PMC4351的初始化程序：
pmc4351_address=(unsingned char *)((char *) na_user_logic_my_mem_0);
void pmc_initialz(void)
{ unsigned char value;
Cls_tmplet();
Int_templet();
Pmc4351_address[0x00]=0x91;
Pmc4351_address[0x04]=0x40;
Pmc4351_address[0xf0]=0x0c;
Pmc4351_address[0xd6]=0x00;
Pmc4351_address[0x10]=0x00;
Pmc4351_address[0x1c]=0x03;
Pmc4351_address[0x20]=0x03;
Pmc4351_address[0x80]=0x60;
Pmc4351_address[0x90]=0xc2;
Pmc4351_address[0x50]=0x00;
Pmc4351_address[0x40]=0x39;
Pmc4351_address[0x41]=0x01;
Pmc4351_address[0x30]=0x01;
Pmc4351_address[0x31]=0x00;
Pmc4351_address[0x32]=0x01;
Pmc4351_address[0x06]=0x01;
Pmc4351_address[0xf8]=0x01;
Pmc4351_address[0xf9]=0x00;
Pmc4351_address[0xfa]=0x01;
Pmc4351_address[0xfb]=0x01;
Pmc4351_address[0xfe]=0x00;
Pmc4351_address[0xff]=0x0b;
Pmc4351_address[0x19]=0xff;
Pmc4351_address[0x1a]=0xff;
Pmc4351_address[0x1b]=0x11;
Pmc4351_address[0x15]=0xff;
Pmc4351_address[0x16]=0xff;
Pmc4351_address[0x17]=0x11;
Pmc4351_address[0x02]=0x00;
Pmc4351_address[0xdc]=0x34;
Pmc4351_address[0xf4]=0x01;
Pmc4351_address[0xf4]=0x01;
Value=pmc4351_address[0xf4];
Value=value&0xfe;
Pmc4351_address[0xf4]=value;
Pmc4351_address[0xf5]=0x01;
Pmc4351_address[0xf5]=0x01;
Value=pmc4351_address[0xf5];
Value=value&0xfe;
Pmc4351_address[0xf5]=value;
Pmc4351_address[0xf6]=0x01;
Initial_RLPS_euqa();
}
void initial_RLPS_euqa(void)
{unsigned int addr;
Pmc4351_address[0xfd]=0x00;
For(addr=0;address<=255;addr++)
{ Pmc4351_address[0xd8]=equalizer_val[addr][0];
Pmc4351_address[0xd9]=equalizer_val[addr][1];
Pmc4351_address[0xda]=equalizer_val[addr][2];
Pmc4351_address[0xdb]=equalizer_val[addr][3];
Pmc4351_address[0xfc]=address;
Time_delay(1);}
}
3 結(jié)束語
文中主要討論了PMC4351在便攜式2M誤碼測試儀的硬件和軟件設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方案。本設(shè)計(jì)采用目前非常先進(jìn)的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的SOPC技術(shù)方案完全是可行的。測試結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
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