摘要：提出了EPON調和子層（RS）在光網絡單元端的設計思想。首先介紹了調和子層要實現的功能，然后對設計方案進行了系統(tǒng)的描述，對各個模塊進行了介紹，給出了工作流程。

　　0 引言

　　近年來，隨著高清電視、互動多媒體、手機電視和視頻點播新業(yè)務的不斷涌現，用戶對帶寬的需求不斷增大。EPON 因其傳輸距離遠、傳輸容量大的優(yōu)勢得到了廣大運營商的青睞。同時，國家三網融合的政策也對EPON 技術的應用提供了強大的助力。EPON 系統(tǒng)是一個非對稱系統(tǒng)， 在OLT 端可以有多達32 個數據鏈路層，1 個調和子層（reconciliation sublayer， 簡稱RS）；在ONU 端只有1 個數據鏈路層，1 個RS 層。RS層處在物理層能和MAC 層之間， 在下行方向上對從OLT 端發(fā)送來的數據起著選擇作用， 對屬于該ONU的數據向下行方向傳遞， 對不屬于該ONU 的數據要把它丟棄，對數據起著過濾作用。在上行方向上，主要是對發(fā)送到對端的幀加入前導碼， 以便于對端的定位。在ONU 端根據RS 層功能，將其分為接收和發(fā)送兩部分， 我們就這兩部分功能提出了相應的方案設計。

　　1 RS 層接收部分方案的設計

　　1.1 RS 層接收模塊主要功能

　?、賹PON 的幀頭（即前導碼）進行檢測；②定位SLD 域；③使用SLD 域的位置來定位CRC 域和檢驗接收到的數值與使用接收數據計算出來的CRC 是否相匹配；④使用SLD 域的位置來定位LLID 域和解析它來測定目的地MAC；⑤假如由于不正確的CRC 或者未知的LLID 不丟棄報文，那么使用正常的前導碼來取代SLD 和LLID，用SFD 來取代CRC 域，傳送這個報文給相應的MAC；否則則丟棄整個報文，用正常的幀間隔來取代它（在這里我們選擇將報文丟棄）。

　　1.2 RS 層接收模塊設計功能介紹

　　其方案如圖1 所示。

圖1 RS 層接收模塊設計方案

　?、賻^檢測及SLD 定位。在EPON 系統(tǒng)中，EPON幀的前導碼的前5 個字節(jié)是固定的，所以可以利用前5 個字節(jié)來對幀頭進行判斷， 如果接收數據的前5 個字節(jié)與EPON 幀的前5 個字節(jié)完全一致，那么就認為幀頭是正確的。那樣，我們就可以斷定SLD 字節(jié)所在的位置了。如果幀頭正確，輸出信號Detect_dv 就會為1，否則Detect_dv 的輸出就會是0。幀頭檢測及SLD 定位模塊的輸出信號就是進入該模塊的Rxd[7：0]信號。

　?、?a target="_blank">計數器。計數器模塊的作用主要是為1 進2 出模塊提供一個選擇信號輸出的端口以及為FiFo 管理1 模塊提供寫使能信號。它受信號RX_dv 的控制，當Rx_dv 為0 時，計數器清零；當Rx_dv 為1 時，計數器就會正常地計數，但是，在計數到8 之前，其輸出信號為0，當計數到8 時，其輸出信號才為1。

　?、?：2 選擇。這是一個信號選擇輸出的模塊，它受計數器輸出信號的控制，當輸出信號為0 時，進入1：2模塊的信號，從端口1 輸出，進入RAM1 中；當計數器的輸出信號為1 時， 進入1：2 模塊的信號， 從端口2輸出，進入RAM2 中。也就是說，當EPON 幀經過幀頭檢測及SLD 定位以后，前導碼進入RAM1 中，其他字節(jié)進入RAM2 中。

　?、躌AM1 與FiFo 管理1。當計數器的輸出信號為0 時，經過非門以后為1，給FiFo 管理1 發(fā)送了寫使能信號，FiFo 管理1 模塊提供寫地址， 使從1：2 模塊端口1 中輸出來的信號按照FiFo 管理1 模塊提供的地址寫入RAM1 中；由于前導碼共8 個字節(jié)，所以FiFo管理1 模塊僅給提供8 個地址；同時它還受Detect_dv作為讀使能信號的控制， 當幀頭檢測正確時，Detect_dv 為1，就會觸發(fā)FiFo 管理1 給RAM1 提供讀地址， 它所提供的地址就是需要CRC-8 檢驗的字節(jié)，所以其讀地址就是從SLD 域到LLID 的地址， 這樣要檢驗的字節(jié)就會進入CRC-8 模塊進行循環(huán)冗余校驗。

　?、軷AM2 與FiFo 管理2。當計數器的輸出為1 時，FiFo 管理2 為進入RAM2 的數據提供了地址，從幀頭檢測及SLD 定位模塊來的數據經1：2 選擇模塊根據FiFo 管理2 模塊提供的地址進入了RAM2。然后根據從LLID 匹配模塊得來的控制信號對進入RAM2 的信號進行相應的處理， 當所接收到數據所帶的LLID 與OLT 給本地ONU 分配的LLID 不匹配時，FiFo 管理2模塊就會根據接收到的是否清除信號，撤銷給要進入RAM2 數據的地址，那樣，數據就會無法進入RAM2，也就是丟棄了與LLID 不相匹配的數據。當數所接收到的數據LLID 與所分配的LLID 相符時，LLID 匹配模塊就會給FiFo 管理2 模塊一個寫使能信號，FiFo 管理2 模塊就會提供所要讀取信號的地址。此模塊與RAM1與FiFo 管理1 不同的是，RAM2 在讀取數據的同時也在寫入數據。

　　⑥CRC-8 校驗。此模塊主要提供的是對前導碼第3 至第7 個字節(jié)的循環(huán)冗余校驗， 主要目的是提高傳輸系統(tǒng)的通信性能。IEEE802.3ah給出了CRC8 校驗的串行算法實現，如圖2 所示。

圖2 CRC8 校驗原理

　　從圖中看出，串行檢驗算法若要用邏輯語言實現，則需要一個高速的移位寄存器實現GMII 總線中的8B數據流檢驗。因此串行校驗算法浪費的資源較大。

　　為了能夠更好地實現CRC-8 檢驗，我們可以用并行的CRC-8 檢驗， 該算法的Verilog 實現如下面的程序。d 為GMII 總線過來的8b 碼，next_cec 為根據前一個8b 碼計算出來的校驗碼。crc_reg 為中間計算結果，初始時crc_reg 等于0。

　　Assign next_crc[2]=d[5]^d[6]^d[7]^crc_reg[6]^d[1]^crc_reg[0] ^crc_reg[1] ^crc_reg[2]；

　　Assign next_crc[3]=d[4]^crc_reg[3]^d[5]^d[6] ^crc_reg[7]^d[0]^crc_reg[1] ^crc_reg[2]；

　　Assign next_crc [4]= d [4]^crc_reg [3]^d [5]^ crc_reg[4]^crc_reg[2]^ crc_reg[3] ；

　　Assign next_crc[5]= d[4]^crc_reg[3]^ crc_reg[4] ^crc_reg[5]^d[2] ^d[3] ；

　　Assign next_crc[6]=crc_reg[4] ^crc_reg[5]^ crc_reg[6]^d[1]^d[2] ^d[3]；

　　Assign next_crc[7]=crc_reg[5] ^crc_reg[6]^ crc_reg[7]^d[0]^d[1] ^d[2]；

　?、逤RC8 比較。當對前導碼的第3、4、5、6、7 字節(jié)進行CRC-8 檢驗之后，得到校驗碼，用接收數據的校驗碼與所經過crc-8 模塊得到的校驗碼進行比較，如果兩者相同， 表明在數據的傳輸過程中沒有出現錯誤，證明接收的碼組是正確的。這時，其輸出信號crc-8_dv 通告所得結果， 使LLID 匹配校驗模塊對接收數據的LLID 進行校驗。

　?、郘LID 匹配校驗。對接收到的數據LLID 與OLT分配給ONU 的LLID 進行比較，如果兩者一致，表明接收到的數據就是屬于該ONU 的數據，則啟動RAM2的讀使能信號，使信號向MAC 層發(fā)送；如果兩者不一致，則把所得到的接收信號丟棄，在這里我們啟動清除信號，停止給進入RAM2 的數據分配地址，數據就會被丟棄。

　　1.3 工作流程

　　數據進入幀頭檢測及SLD 定位模塊以后，該模塊對進入的數據進行檢測，如果接收到的EPON 幀不滿足EPON 的幀格式要求，則接收到的數據無效，并且Detect_dv 會給CRC-8 模塊一個信號， 通知對方數據為無效信號不用對其進行循環(huán)冗余校驗；在數據進入幀頭檢測及SLD 定位模塊的同時，RX_dv 作為計數器模塊的控制信號控制計數器，1 進2 出模塊輸出的端口由計數器的輸出來控制，前8 個字節(jié)也就是前導碼進入圖中上半部分的RAM1， 以后的字節(jié)進入RAM2模塊， 在FiFo 管理1 模塊的控制之下，RAM1 模塊將第3 到7 個字節(jié)送到CRC-8 模塊，對其進行循環(huán)冗余校驗，并將數據輸出到CRC-8 比較模塊與從RAM 經延時模塊的RAM 中的第8 個字節(jié)進行比較， 檢測接收數據計算出來的數據是否與所帶的CRC 域的數據是否相匹配， 如果匹配crc-8_dv 將向LLID 匹配校驗模塊發(fā)送使能信號， 讓前導碼中的LLID 字節(jié)與OLT分配的字節(jié)相比較， 如果匹配則向控制圖中下方RAM2 的FiFo 管理模塊發(fā)送LLID 有效的信號， 使RAM2 開始讀數據；如果不匹配，則向FiFo 管理2 模塊發(fā)送清除信號， 使RAM2 的寫數據無法得到地址，使數據自動清除。

　　2 RS 層發(fā)送部分方案的設計

　　RS 層發(fā)送部分的主要功能主要是給從MAC 層來的數據幀和控制幀添加EPON 幀的前導碼。由圖2 可知，前導碼由8 個字節(jié)組成，第3 個字節(jié)是定界字符，第6、7 個字節(jié)是OLT 分配給ONU 的邏輯鏈路標志，一個字節(jié)是第3 字節(jié)到第7 字節(jié)之間字節(jié)的CRC-8 校驗碼。所以，在RS 層的發(fā)送部分中要對第3到第7 字節(jié)做CRC-8 校驗。其設計方案如圖3 所示。

圖3 RS 層發(fā)送模塊的設計方案

　　在這個RAM 中，我們設計其為8×8 的容量，共有8 個地址，每個地址8bit。在LLID 寫使能信號的指示下，LLID 被寫入被RAM 管理模塊分配的相應的地址中。同時，RAM 中還存在著前導碼中除LLID 域和CRC 域的其他字節(jié)，在LLID 被寫入RAM 后，管理模塊把要檢驗的字節(jié)讀入到CRC-8 模塊中進行CRC-8校驗，得到校驗碼。在CRC-8 校驗結束之后，會給管理模塊一個指示信號，使其把經CRC-8 校驗后的校驗碼讀入RAM 中，等到幀數據到來后，RAM 的讀寫功能同時開始進行，把EPON 幀傳遞到物理層。

　　3 結束語

　　EPON 是解決寬帶接入的有效方案之一， 我們對EPON 系統(tǒng)ONU 端的RS 層進行了研究， 并在千兆以太網的基礎之進行了方案設計。理論分析表明此方案可以有效地解決RS 層對接收數據選擇過濾以及對發(fā)送數據添加EPON 幀頭等問題。不足之處在于對接收模塊和發(fā)送模塊的方案設計只是出于理論研究，同時，對EPON 系統(tǒng)的其它層的研究較少，如：物理編碼子層、物理媒質相關子層等。下一步的研究工作就是根據以上提出的不足，對物理編碼子層以及物理媒質相關子層進行深一步的研究，讓EPON 網絡能夠得到更好的應用。