摘要：介紹了PowerPC MPC860的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、主要功能和性能特性，描述了它在七號信令網(wǎng)關(guān)中的應(yīng)用，突出了其良好的性能及在七號信令網(wǎng)關(guān)中的重要地位。

關(guān)鍵詞：PowerPC MPC860 通信處理模塊 七號信令

1 MPC860介紹

PMC860是Motorola PowerPC系列CPU芯片主導(dǎo)產(chǎn)品，是互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信及控制領(lǐng)域使用較多、性能相當(dāng)優(yōu)越的嵌入式微處理器，內(nèi)部集成了微處理器和一些通信領(lǐng)域的常用外圍設(shè)備控制組件。MPC860相對先前的68K系列，性能和功能都有了大幅提高，CPU處理速度更快，通信處理能力強大。

MPC860結(jié)構(gòu)框圖如所示。

由可以看出，MPC860主要可分為三部分：PowerPC處理器核、系統(tǒng)接口單元（SIU）和通信處理模塊（CPM）。

嵌入式PowerPC內(nèi)核是主要的處理機單元，采用USIA(User Instruction Set Architecture)結(jié)構(gòu)和全靜態(tài)設(shè)計，擁有整形單元IU（Integer Unit）和加載/存儲單元LSU(Load/Store Unit)，支持32位內(nèi)/外部總線接口。它包括4KB數(shù)據(jù)和指令高速緩存；集成有存儲管理單元MMU；在50MHz時鐘輸入時擁有66MIPS的指令處理速度。
系統(tǒng)接口單元主要包括存儲控制、總線監(jiān)視、中斷控制、軟件看門狗、實時時鐘、復(fù)位控制、總線仲裁和JTAC調(diào)試等功能模塊。在32位系統(tǒng)總線下存儲控制器支持動態(tài)數(shù)據(jù)總線寬度，可以分別支持8、16和32位外設(shè)或存儲設(shè)備。

通信處理機模塊主要包括RISC處理器、四個串行通信控制器（SCC）、兩個串行管理控制器（SMC）、一個串行外圍接口電路（SPI）、一個I2C(Inter-Integrated Circuit)接口、5KB雙端口RAM、三個并行I/O端口、四個獨立的波特率發(fā)生器以及16位支持SCC、SMC、SPI和I2C的串行DMA通道。SCC可支持以太網(wǎng)、HDLC/SDLC、HDLC總線、AppleTalk、7號信令系統(tǒng)、UART、BISYNC、透明傳輸、支持PPP的異步HDLC等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議；SMC則可支持UART和透明傳輸?shù)饶Ｊ?。CPM在幾個不同的通信組件如SCC和SMC上可以同時收發(fā)數(shù)據(jù)，所有的通信組件可以獨立地工作。SCC和SMC的物理接口由串行接口SI(Serial Interface)實現(xiàn)，SI允許SCC和SMC有兩種外部連接方式：時分復(fù)用（TDM）接口引腳和非時分復(fù)用串行接口（NMSI）時的專用引腳。時分復(fù)用接口由MPC860的TDM引腳和時隙分配器（TSA）實現(xiàn)。MPC860提供兩個TDM接口（TDMa、TDMb），用戶可以通過編程TSA來實現(xiàn)TDM和SCC、SMC之間的數(shù)據(jù)路由。每個通信設(shè)備都有獨立的DMA控制器，32位RISC控制這16個串行DMA在通信設(shè)備與雙端口RAM或外部SDRAM之間傳送數(shù)據(jù)。接收數(shù)據(jù)時，串行DMA從通信設(shè)備接收數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)存入雙端口RAM或外部SDRAM中；發(fā)送時順序相反，串行DMA從雙端口RAM或外部SDRAM中讀取數(shù)據(jù)，由通信設(shè)備完成數(shù)據(jù)的發(fā)送。

MPC860采用雙處理器結(jié)構(gòu)，內(nèi)部集成PowerPC Processor和CPM RISC Processor。PowerPC執(zhí)行高層代碼，完成對外設(shè)的配置；RISC用來處理通信控制中的底層通信任務(wù)。兩個處理器通過內(nèi)部的5KB雙端口RAM相互配合工作。在該存儲區(qū)，每個處理器都可以根據(jù)運行情況獨立設(shè)置控制位、讀取狀態(tài)位。由于CPM分擔(dān)了嵌入式PowerPC的外圍工作任務(wù)，減少了PowerPC對底層通信任務(wù)的干預(yù)，因而提高了PowerPC的工作效率。
由于通信處理模塊中各通信控制器支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議再加上PowerPC較快的處理速度，MPC860在許多領(lǐng)域得到了大量的應(yīng)用，尤其適用于寬帶接入設(shè)備如路由器、接入集線器、LAN/WAN交換機、PBX系統(tǒng)和STM網(wǎng)關(guān)等設(shè)計。

2 七層信令系統(tǒng)

七號信令系統(tǒng)是數(shù)字通信網(wǎng)中采用多的公共信道信號技術(shù)，它由消息傳遞部分（MTP）和用戶部分(UP)組成。消息傳遞部分又可分為信令數(shù)據(jù)鏈路、信令鏈咱和信令網(wǎng)三部分，即通常所稱的MTP1、MTP2和MTP3；用戶部分則可分為電話用戶部分（TUP）、數(shù)據(jù)用戶部分（DUP）和ISDN用戶部分（ISDN-UP）。其結(jié)構(gòu)圖如所示。

信令數(shù)據(jù)鏈路（MTP1）是指信令傳遞的物理介質(zhì)，主要定義了信令數(shù)據(jù)鏈路的物理、電氣和功能特性，規(guī)定與數(shù)據(jù)鏈路的連接方式，為信令鏈路提供信息載體。信令鏈路（MTP2）規(guī)定信令消息在信令數(shù)據(jù)鏈路上傳遞的功能和程序，與信令數(shù)據(jù)鏈路一起為兩點間信令傳遞提供可靠的功能和程序，主要用來實現(xiàn)消息路由、消息識別、消息分配以及信令業(yè)務(wù)量管理、信令鏈路管理和信令路由管理等功能。

隨著七號信令的普及，七號信令的業(yè)務(wù)量不斷增加，特別是在移動信令網(wǎng)上，原有64kbps信令鏈路已經(jīng)不能完全適應(yīng)業(yè)務(wù)量增長的需求，對2Mbps高速信令鏈路的需求日益迫切。在下面的設(shè)計中，同時提供了64kbps和2Mbps兩種迫令鏈路，以滿足不同業(yè)務(wù)的需求。
3 七號信令處理子系統(tǒng)的實現(xiàn)

七號信令處理子系統(tǒng)是七號信令網(wǎng)關(guān)的一部分，主要用來實現(xiàn)MTP中一、二級功能，同時為二、三級提供可靠的數(shù)據(jù)通路。

3.1 硬件組成

七號信令處理子系統(tǒng)的硬件主要由處理器MPC860、數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)（DSN）、E1接口模塊、內(nèi)存SDRAM、引導(dǎo)FLASH和HDLC控制器組成，結(jié)構(gòu)如所示。

E1接口模塊選用集成有E1成幀器（FRAMER）和線路接口單元（LIU）的專用E1收發(fā)器。E1收發(fā)器直接掛接到MPC860 PPC總線上，由MPC860配置。在接收方向，每4路E1復(fù)用為128通道的8.192Mbps H-MVIP（大容量多路復(fù)選綜合協(xié)議）接口數(shù)據(jù)（與H-100兼容）；發(fā)送方向相反，8.192Mbps H-MVIP分用出4路E1。線路接口單元完成數(shù)據(jù)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換，有B8ZS、HDB3和AMI三種數(shù)據(jù)編解碼方法可供選擇。

數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)可以采用專用的多速率交換芯片實現(xiàn)。將多條E1鏈路的任意32或64時隙交換到MPC860的串行通道SCCn(n可以為1,2,3,4中的一個或多個)上。交換芯片的配置也是由MPC860完成，根據(jù)交換配置的不同，可以實現(xiàn)64Kbps和2Mbps兩種不同的信令鏈路。

與數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)相連的串行通道SCCn和MPC860的QMC控制。QMC（QUICC Multichannel Controller）是QUICC多通道控制器的簡稱。每個SCC都可以工作在QMC模式下，獨立支持64條信道，并且允許將64條信道任意映射到TDM中的64個時隙。QMC同時使用TSA的兩個TDM（TDMa和TDMb），每條信道可以獨立地配置成HDLC或透明傳輸（transparent）模式。

HDLC控制器為MTP2與MTP3通信提供可靠的物理鏈路，每個HDLC控制器可以提供多條HDLC鏈路。HDLC控制器由MPC860通過PCI橋配置，PCI橋則由專門的橋接芯片來實現(xiàn)。橋接芯片和MPC860通過PPC總線相連（稱作Qbus），與HDLC控制器都掛接在PCI總線上。橋接芯片完成Qbus和PCI總線之間電路特性的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)傳遞以及地址和存儲空間的映射。

內(nèi)存（SDRAM）用來存放用戶數(shù)據(jù)和代碼，為程序運行和保存臨時文件提供空間。由于系統(tǒng)中有不同的總線主設(shè)備要用SDRAM存儲數(shù)據(jù)和代碼，各設(shè)備并不都能提供內(nèi)部地址復(fù)用功能，所以SDRAM采用外部地址復(fù)用?？梢愿鶕?jù)實際需要采取不同大小的內(nèi)存。上電引導(dǎo)Flash用來固化上電引導(dǎo)程序、操作系統(tǒng)內(nèi)核以及用戶應(yīng)用程序。

為便于調(diào)試，系統(tǒng)提供RS232串口和10Mbps/100Mbps網(wǎng)口與計算機通信。串口使用MPC860的SMC1或SCM2，通過RS232收發(fā)器完成RS232電平轉(zhuǎn)換。10Mbps和100Mbps網(wǎng)口可分別采用串行通信控制器SCC和快速以太網(wǎng)控制器FEC。通過這些調(diào)試口可以完成操作系統(tǒng)內(nèi)核和應(yīng)用程序的加載，對系統(tǒng)性能和運行狀況進(jìn)行實時監(jiān)控。

另外系統(tǒng)還采用MPC860的BDM（Background Debug Mode）作為系統(tǒng)的調(diào)試端口，應(yīng)用VisionCLICK或XRAY等調(diào)試軟件對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，完成操作系統(tǒng)內(nèi)核的加載和固化等。

可編程邏輯模塊CPLD主要用來實現(xiàn)：

（1） 各模塊間時序關(guān)系的調(diào)整；

（2） 譯碼邏輯；

（3） 系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)測；

（4） 為調(diào)試而設(shè)計的其他相關(guān)邏輯控制。

（5） CPLD的具體實現(xiàn)可以有多種選擇，如Xilinx的Foundation、Maxplus等。

3.2 軟件實現(xiàn)

針對系統(tǒng)硬件設(shè)計，系統(tǒng)軟件分成相應(yīng)的幾個模塊，主要包括BSP、數(shù)據(jù)鏈路初始化和MTP2,如所示。
(1)BSP(Board Support Packet)為Vxworks操作系統(tǒng)內(nèi)核提供基本硬件接口，完成上電后的硬件初始化，支持Vxworks與硬件驅(qū)動的通信。根據(jù)系統(tǒng)硬件的實際應(yīng)用情況，制作生成BootROM映像和Vxworks映像。其中BootROM映像完成的系統(tǒng)初始化，同時為裝載Vxworks映像提供環(huán)境。

（2）初始化模塊包括了對E1接口、數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)、HDLC控制模塊和橋接芯片的初始化，使得各模塊處于激活或工作狀態(tài)；

（3）MTP2一方面根據(jù)MTP3的編程功能，把要發(fā)送的信令消息發(fā)到信令數(shù)據(jù)鏈路上去，同時把接收的信令消息傳送到MTP3；另一方面，還要在信令點終端內(nèi)或兩個終端之間傳遞信令鏈路狀態(tài)信息及處理機狀態(tài)信道，并根據(jù)這些信息采取一定的控制處理措施。MTP2可分為鏈路狀態(tài)控制、起始定位控制、處理機故障控制、基本發(fā)送控制、基本接收控制、定位誤差率監(jiān)視、信號單元誤差監(jiān)視和擁塞控制等模塊。

七號信令處理子系統(tǒng)為用戶提供了64kbps和2Mbps兩種信令鏈路，可以滿足不同的業(yè)務(wù)需求。MPC860作為主控器件，很好地完成了對各子模塊的配置和監(jiān)控，其快捷的處理速度和強大的通信處理能力為系統(tǒng)提供了很好的實時性。