同步傳輸接口卡的MMC系統(tǒng)設(shè)計方案及器件選型

趙劍川

摘 要： 介紹了MMC基本規(guī)范和功能；給出了一種STM-1接口板的硬件設(shè)計方案和MMC模塊接口設(shè)計，根據(jù)功能要求對硬件設(shè)備進行了選型設(shè)計；采用FPGA技術(shù)，通過對SPI模式下MMC模塊接口設(shè)計，實現(xiàn)了單片機對MMC單板的12V上電控制，以及單板與主控板（MCH）的信息交互功能，包括在位檢測、使能和地址識別（槽位ID和設(shè)備ID）、溫度檢查等功能。

關(guān)鍵詞： STM-1接口；MMC；FPGA；硬件設(shè)計

1.MMC概述

在mTCA標(biāo)準(zhǔn)中，AMC模塊的IPMI功能由MMC（Module Management Controller）即模塊理控制器實現(xiàn)。它通過IPMB總線傳輸IPMI消息、傳感器信息等數(shù)據(jù)，協(xié)助MCH完成模塊激活，模塊識別，電子密匙，狀態(tài)監(jiān)控等功能。而MCMC是MCH的管理控制單元，負(fù)責(zé)完成系統(tǒng)中的現(xiàn)場置換單元（Field Replaceable Units， FRU），如AMC子板、電源子板、風(fēng)扇等。管理接口是由IPMI（智能平臺管理接口）實現(xiàn)的，IPMI由IPMB-0和IPMB-L組成。MCH與AMC子卡是通過IPMB-L管理總線連接，如圖1所示。MCMC與AMC基板的MMC管理控制器協(xié)議芯片建立通信聯(lián)系，實現(xiàn)在位檢測、使能和地址識別，溫度檢查等功能[1]。

本文設(shè)計的MMC模塊主要功能是負(fù)責(zé)單板的12V上電控制，以及單板與主控板（MCH）的信息交互功能，包括在位檢測、使能和地址識別（槽位ID和設(shè)備ID）、溫度檢查等功能。

2. STM-1接口板功能

本文STM-1接口板（同步傳輸接口卡）主要完成的工作是STM-1信元的打包和解包工作。下行方向，STM-1 接口板把移動交換中心（MSC）過來的STM-1信元的PAYLOAD提取出來，打包成以太網(wǎng)包，送給業(yè)務(wù)處理單元。上行方向，STM-1接口板把背板過來的以太網(wǎng)包的PAYLOAD提取出來，打包成STM-1信元，上傳給移動交換中心（ MSC）[2]。

3. MMC系統(tǒng)設(shè)計

3.1MMC模塊器件選型

3.1.1 CPU芯片選型

設(shè)計過程，根據(jù)功能，需要實現(xiàn)一路I2C接口，用于傳輸IPMB-L控制信息；一路UART接口，作為調(diào)試串口；一路SPI接口，用于連接溫度傳感器作為單板溫度監(jiān)控；提供25路以上IO接口。根據(jù)要求，選擇ATMEL公司生產(chǎn)的芯片，其型號為ATxmega128A1-CU。芯片主要技術(shù)參數(shù)：

1）工作主頻最大支持32MHz；

2）供電電壓 1.6V～3.6V；

3）支持4路I2C接口、4路SPI接口、8路USART接口；

4）78路I/O端口。

需求符合度：ATxmega128A1-CU符合MMC模塊的需求，為PLM庫已編碼器件，是公司成熟的開發(fā)平臺，開發(fā)難度較低，成本適宜。

3.1.2可熱插拔雙線總線緩沖器選型

可熱插拔雙線總線緩沖器設(shè)計時需具有I2C緩沖功能和防靜電設(shè)計。根據(jù)要求，選擇TI公司生產(chǎn)的芯片，其型號為TCA4311DR。

芯片主要技術(shù)參數(shù)：

1）供電電壓：2.7V-5.5V；

2）I2C緩沖器，兼容I2C的標(biāo)準(zhǔn)模式和快速模式；

3）高阻抗I2C管腳電源關(guān)斷；

4）高于JESD22的ESD防護功能。

需求符合度：TCA4311DR符合板卡傳輸IPMB-L信息、I2C緩沖、進行熱插拔操作防靜電保護的需求，為PLM已編碼器件，滿足設(shè)計需求。

3.1.3非門選型

非門設(shè)計需具有反相功能和防靜電設(shè)計。根據(jù)要求，選擇TI公司生產(chǎn)的芯片，其型號為SN74LVC1G02DBV。

芯片主要技術(shù)參數(shù)：

1）執(zhí)行邏輯運算功能： ；

2）高于JESD22的ESD防護功能。

需求符合度：SN74LVC1G02DBV符合通過背板ENABLE#信號對MMC模塊進行復(fù)位的需求，同時具有防靜電功能，為PLM已編碼器件，滿足設(shè)計需求。

3.1.5溫度傳感器選型

非門設(shè)計需具有溫度檢測功能（商業(yè)級溫度要求），同時支持SPI串行總線讀取信息。根據(jù)要求，選擇TI公司生產(chǎn)的芯片，其型號為TMP125AIDBV。

芯片主要技術(shù)參數(shù)：

1）SPI接口傳輸數(shù)字信號；

2）-25℃-+85℃范圍，±2℃ 精度；

3）工作電壓：2.7V～5.5V；

4）10Bit字節(jié)數(shù)字長度，SPI端口只讀數(shù)字溫度傳感器。

需求符合度：TMP125AIDBV符合MMC模塊對體積、測試精度及價格的要求，為PLM已編碼器件，滿足設(shè)計需求。

3.2 MMC啟動控制流程

MMC系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)控整個板子的上下電過程，并可以通過指示燈告之用戶。MMC的啟動控制流程如圖2所示。

STM-1板卡上電過程如下：

1）MMC首先上電啟動；

2）MMC啟動完畢后，板上的12V上電；

3）板卡業(yè)務(wù)監(jiān)控模塊P2020小系統(tǒng)啟動；

4）P20202加載板卡的FPGA，配置FPGA；

5）P2020配置STM-1信元接口轉(zhuǎn)換芯片PM5320。

3.3 MMC模塊接口設(shè)計

本STM-1板上MMC模塊主要完成單板的識別、上電使能、溫度檢查等基本功能。MMC模塊由AVR單片機、溫度傳感器、I2C緩沖器等器件組成，MMC模塊框圖如圖3所示[3]。MMC接口信號功能如表1所示。

3.4 MMC前面板設(shè)計

前面板主要包括2路光口，1路調(diào)試網(wǎng)口以及3路狀態(tài)指示燈。光口主要用于發(fā)送與接收STM-1信元，調(diào)試網(wǎng)口主要用于板卡調(diào)試以及程序加載。3路狀態(tài)指示燈定義如表2所示。

4.結(jié)論

MMC模塊由AVR單片機、溫度傳感器、I2C緩沖器等器件組成。采用FPGA技術(shù)，通過對SPI模式下MMC模塊接口設(shè)計，實現(xiàn)了單片機對MMC卡FAT16文件的管理。本STM-1板上MMC模塊主要完成單板的識別、上電使能、溫度檢查等基本功能。實現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)中存儲的大容量擴展。

參考文獻

[1]王平，雷為民，劉曉莉，等.SIPG網(wǎng)關(guān)E1接口板卡及其驅(qū)動的設(shè)計與實現(xiàn)[J].小型微型計算機系統(tǒng)， 2007，28（2）：000381-384.

[2]陳琳，蔣烈輝， 馬鳴錦，等.利用FPGA實現(xiàn)MMC2107與SDRAM接口設(shè)計[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2003（8）：34-38.

[3]孫冰潔.用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制[D].北京交通大學(xué)，2006.