基于可編程邏輯器件的G.703接口與以太網數據轉換模塊的設計

董小東

（國家知識產權局專利局專利審查協作四川中心，四川 成都 610000）

基于可編程邏輯器件的G.703接口與以太網數據轉換模塊的設計

董小東

（國家知識產權局專利局專利審查協作四川中心，四川 成都 610000）

G.703是電力系統、部隊系統等國有大型系統中數據傳輸網絡中普遍的接口標準，而以太網則是當今現有的最通用的通信協議標準，二者之間的通訊接口轉換具有較強的實用價值和意義。為此，提出一種基于可編程邏輯器件的接口轉換模塊的設計，主要包括轉換模塊電路的硬件電路開發、邏輯算法設計。該接口轉換模塊的邏輯部分采用可編程邏輯器件進行設計，具有處理速度快、控制靈活、便于升級維護等特點，應用效果良好。

G.703；以太網；可編程邏輯器件；硬件設計；邏輯設計

G.703是電力系統、部隊系統等國有大型系統中數據傳輸網絡中普遍的接口標準，而以太網則是當今現有的最通用的通信協議標準［1］，二者之間的通訊接口轉換具有較強的實用價值和意義。G.703是將DCE（數字通信設備）連接到數據高速同步通信服務的（ITU）建議，G.703協議對各種速率的接口分別定義了功能特性和電氣特性［2］。作為現代電信傳輸網使用的最為通用的傳輸標準接口，具有廣闊的適用基礎。以太網由于其成本低廉，分布廣泛成為IP網中應用最多的實現方式［3］。實現G.703接口和以太網的數據轉換，可以大大提升電信網與IP網的語音及其他數據融合，實現不同網絡之間的資源共享優勢互補。

1 系統設計

1.1 設計概述

圖1是接口轉換模塊的通用應用場所，符合G.703協議的硬件設備。G.703設備通過轉換模塊與以太網交換機輸出的以太網數據進行數據轉換，極大地方便了用戶在不同網絡之間的數據傳輸。針對市場中現有的轉換模塊基于微處理器實現轉換功能，具有穩定性高、功能豐富的優點。與此同時，也帶來了相當多的弊端，如產品開發周期長，成本難以控制，產品升級維護難度增大，降低產品的市場競爭力。為克服上述技術問題，本文選擇可編程邏輯器件實現，利用可編程邏輯器件的硬件并行優勢性能、較短的開發周期、低廉的開發成本、較強的穩定性以及升級維護的便利性等優點［4］，大幅度提升該轉換模塊的市場競爭力。

圖1 接口轉換模塊的通用應用場所

1.2 硬件設計

該轉換模塊主要采用以太網芯片、可編程邏輯器件和G.703接口芯片為主的硬件架構，實現多路G.703數據和以太網數據的轉換處理。該轉換模塊的硬件結構如圖2所示，包括核心處理單元、以太網業務單元、G.703業務數據單元、電源單元、時鐘單元和復位單元。

圖2 轉換模塊的硬件結構

選取可編程邏輯器件FPGA作為核心控制單元。其中，Altera和Xilinx是提供可編程邏輯器件的器件公司，可提供多個層級的芯片進行選擇，由于Altera公司的QuartusII開發界面友好［4］，選擇Altera的CycloneIII喜樂的EP3C55芯片作為FPGA數據處理芯片。該芯片具備55 856個邏輯單元、2 396個RAM以及156個嵌入式18× 18乘法器。選取美信半導體公司的低功耗的G.703芯片DS21348，支持實現T1、J1線路接口。該芯片具有多種工作模式，可充分滿足多種設計需求［5］。選擇博通公司的以太網業務芯片BCM5228，實現以太網業務的處理。作為數字電路必不可少的電源模塊和時鐘模塊，性能穩定、技術成熟是選擇芯片的主要參考，基于以上原因選取LT1640芯片作為電源芯片及ICS83081的時鐘芯片。采用全球最大的電子設計技術、程序方法和服務供應商提供的EDA軟件——Cadence進行硬件電路設計，Cadence 17.0是cadence公司推出的能夠跨IC、封裝及印制板系統設計高性能互聯。由于該轉換單元中的FPGA及以太網業務芯片屬于BGA封裝，考慮到產品的信號完整性，設計多層印制板進而實現更好的信號處理效果，而Ca?dence17.0可以滿足具備多層印制板的工具需求，是設計該轉換器印制板的首選EDA［6］。

1.3 邏輯設計

QuartusⅡ提供了完全集成且與電路結構無關的開發包環境，具有數字邏輯設計的全部特性，包括可利用原理圖、結構框圖、VerilogHDL、AHDL和VHDL完成電路描述，并將其保存為設計實體文件；芯片（電路）平面布局連線編輯；LogicLock增量設計方法，用戶可建立并優化系統，然后添加對原始系統的性能影響較小或無影響的后續模塊；功能強大的邏輯綜合工具。Verilog的設計初衷是成為一種基本語法與C語言相近的硬件描述語言［7］。本文的邏輯處理部分選擇讓電路設計人員更容易學習和接受的Verilog作為開發語言。基本邏輯處理流程如圖3所示，為了更為高效地實現數據轉換，選擇自定義的G.703數據包格式包括包前導碼、起始碼、目的地址、數據源地址、數據長度及幀校驗位。

圖3 基本邏輯處理流程

G.703轉換以太網數據包的邏輯處理過程為：接收G.703接口數據，判斷數據包是否同步，如果該數據同步則對其安裝標準以太網數據格式進行打包，其中包括添加數據包頭、包類型及計算循環冗余碼等處理。其中，數據包同步的處理過程如下：首先定義表示數據同步的標識碼以及對端失步標識，對數據包頭進行搜索，判斷該包頭是否具有同步標識碼，如果具備該標識，則說明收發雙向均為同步，則進行包頭鎖定，添加同步時間間隙，穩定同步狀態。部分Verilog代碼如下：

以太網轉換G.703數據包的邏輯處理過程為：接收以太網數據，對該數據進行線路標識去除處理，進行串行數據轉換至并行數據，驗證處理后的以太網數據的目的地址及循環校驗是否正確，將正確數據進行同步處理發送至G.703數據接收端，將錯誤數據進行丟棄，對代碼編譯仿真后進行單板調試。調試結果發現該轉換單元轉換效果明顯優于現有產品。

2 結語

該G.703接口與以太網數據轉換模塊，通過Cadence公司的高效EDA開發工具進行多層印制板的設計，在保證信號完整性的前提下，最大程度地縮減了產品尺寸，根據Altera公司的可編程邏輯開發軟件實現了數據業務的高效相互轉換，縮短了開發周期，同時大大提升了系統升級維護的便利性。與此同時，隨著可編程邏輯器件的進一步發展以及印制板生產工藝的提升，該轉換器還有進一步提升的開發空間。

［1］王廷堯.以太網技術與應用［M］.北京：人民郵電出版社，2005：1-25.

［2］雷祖康.10Base-T以太網數據到G.703E1的轉換［J］.產品與市場，2002（3）：108-109.

［3］徐榮，龔倩，鄧春勝.電信級以太網［M］.北京：人民郵電出版社，2009：1-26.

［4］周孟然.CPLD/FPGA的開發與應用［M］.徐州：中國礦業大學出版社，2007.

［5］MAXIM-IC.Application Note 324：T1/E1 Net-work inter?face Design［R］.MAXIM-IC，2004.

［6］Howard W.Johnson，Martin Graham.High-Speed Digital Design：A Handbook Of Black［J］.Prentice-Hall Inc.，1993（5）：42-50.

［7］夏宇聞.Verilog數字系統設計教程［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2005.

Data Conversion Module Design of G.703 Interface and Ethernet Based on PLD

Dong Xiaodong
（Patent Examination Cooperation Center of the Patent Office，SIPO，Sichuan，Chengdu Sichuan 610000）

G.703 interface is the normal standard interface in the large communicate system，especially in the elec?tricity or army system.Ethernet is the most popular communicate protocol.There is stronger significant to make com?municate between them.Therefore,we designed the transform module based on PLD,which mainly included the hard?ware circuit development of the conversion module circuit and logic algorithm design.The logic part of the interface conversion module was designed with PLD,which has high processing rate,strong flexibility and update easily.It has good application effect.

G.703；ethernet；PLD：hardware design；logic design

TP391.1；TN79

A

1003-5168(2016)09-0029-03

2016-08-17

董小東（1983-），男，碩士，研究方向：語音識別。