專利名稱：基于fpga的gpon gtc成幀子層的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及GP0N GTC成幀子層設計程序。
背景技術：
寬帶網(wǎng)絡的飛速發(fā)展以及各種高帶寬業(yè)務和應用的不斷出現(xiàn)使寬 帶光纖接入網(wǎng)技術的引入擺上了議事日程，目前北美和日本光纖到戶 (FTTH)的建設己經(jīng)規(guī)模展開，而國內(nèi)FTTH的實驗已經(jīng)在一些地方開 始實施，業(yè)內(nèi)對這方面的討論也不絕于耳。目前應用于寬帶光纖接入 網(wǎng)的技術主要有三種，它們分別是基于同步數(shù)字體系(SDH)的多業(yè)務 傳送技術(MSTP)、多業(yè)務的無源光網(wǎng)絡技術(PON)和多業(yè)務點對點 光端機(P2P或稱MC)，具有以下特點
1. MSTP有很高的服務質(zhì)量，但成本較高，適合對業(yè)務質(zhì)量和安全 性等要求非常高的大用戶，不適合普通家庭用戶。
2. 多業(yè)務點對點網(wǎng)絡光端機的星狀網(wǎng)絡拓撲與環(huán)形骨干網(wǎng)絡配合 非常有利，成本優(yōu)勢突出，但需要占用大量光纖，適合大多數(shù)用戶的 普遍接入。在某些應用情況下比PON成本更低，應該結合具體情況因 地制宜采用。
3. PON的樹狀網(wǎng)絡拓撲與環(huán)形骨干網(wǎng)絡配合非常有利，是光纖進 入用戶駐地(FTTP)最有效的網(wǎng)絡解決方案，由于節(jié)省大量骨干光纖 資源，長遠看是光纖化接入的理想選擇之一，適合大多數(shù)用戶的普遍 接入，未來潛在市場很大。
其中，前兩種技術在國內(nèi)得到普遍應用，而PON (無源光網(wǎng)絡)技術因為其高帶寬、高可靠性和極低的維護費用等特點，從一提出便
被認為是極佳的FTTP/FTTH解決方案，具有非常大的發(fā)展?jié)摿Α?br> 無源光網(wǎng)絡(P0N)技術是一種點到多點的光纖接入技術，它由局 側的光線路終端(0LT)、用戶側的光網(wǎng)絡單元(0NU)以及光分配網(wǎng)絡 (0DN)組成。 一般其下行采用TDM廣播方式、上行采用時分多址接入 (TDMA)方式，而且可以靈活地組成樹型、星型、總線型等拓撲結構(典 型結構為樹形結構)。所謂"無源"，是指ODN中不含有任何有源電子 器件及電子電源，全部由光分路器(Splitter)等無源器件組成，因 此其管理維護的成本較低。
目前比較流行的PON標準有基于ATM協(xié)議的AP0N和基于以太網(wǎng)協(xié) 議的EP0N。而APON技術提出至今并未在商業(yè)上獲得成功，主要原因 是ATM技術承載IP業(yè)務效率低，EPON是目前各國發(fā)展的熱點，但 承載時分復用(TDM)業(yè)務存在很大的局限性，承載TDM業(yè)務能力弱，為 用戶提供帶寬受限。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有基于以太網(wǎng)協(xié)議的EPON的IP業(yè)務效率低，承載TDM 業(yè)務能力弱，為用戶提供帶寬受限的不足，本發(fā)明提供一種IP業(yè)務效 率高、承載TDM業(yè)務能力強、為用戶提供更大的帶寬的基于FPGA的 GPONGTC成幀子層。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是
一種基于FPGA的GPON傳輸匯聚層(GTC)成幀子層，在所述 GTC成幀子層中，GTC成幀子層的數(shù)據(jù)流分為上下行兩路來處理，下 行數(shù)據(jù)流由OLT向ONU發(fā)送，經(jīng)過TC層解幀處理后送入適配層；上行 數(shù)據(jù)流是用戶需求信息經(jīng)過ONU中TC層組幀處理后向OLT發(fā)送，數(shù)據(jù)處理過程在FPGA中實現(xiàn)，包括
在下行方向，將1244Mbit/s的高速串行比特流及其時鐘信號經(jīng)過 降速處理適應FPGA的工作速率后傳送給幀同步模塊，幀同步模塊根 據(jù)下行幀中PCBd字段中的Psync字段逐比特地搜索下行幀的幀頭以 完成幀同步；同步后如果下行幀數(shù)據(jù)采用FEC編碼，對其進行FEC 解碼；BIP校驗模塊根據(jù)接收的數(shù)據(jù)重新計算BIP，并與下行幀中的 BIP字段進行比較來檢查傳輸錯誤；此后數(shù)據(jù)進入GTC解幀模塊，將 下行數(shù)據(jù)分為兩路分別進行處理
一路是把PLOAMd和Bwmap字段分別送入消息處理模塊和授權 處理模塊進行相關處理；授權模塊從BWmap中提取出本ONU的 T-CONT帶寬分配信息，將OLT分配的授權映射到上行時隙中消息 處理模塊則將PLOAMd中的消息信息提取出來，送入上行幀頭處理模 塊，同時與授權處理的結果一起送入測距模塊；測距模塊處理 PLOAMd中的消息，并根據(jù)這些消息及相關控制信號控制狀態(tài)機的狀 態(tài)轉換，同時配合OLT完成GPON系統(tǒng)的測距功能;測距后的信息經(jīng) T-CONT隊列調(diào)度模塊處理，同時結合授權處理模塊的處理結果來控 制上行數(shù)據(jù)幀在規(guī)定的時隙內(nèi)發(fā)送；
另一路數(shù)據(jù)是經(jīng)過GTC解幀模塊出來的載荷進入GEM解幀模塊 隨后對GEM幀進行載荷部分的提取，送入FIFO緩存器并交由適配層 進行協(xié)議數(shù)據(jù)到服務數(shù)據(jù)的轉換；
在上行方向，數(shù)據(jù)首先經(jīng)過GEM成幀模塊組成GEM幀，然后根 據(jù)上行幀頭處理模塊的處理信息再由GTC成幀模塊組成GTC幀，并 在T-CONT隊列調(diào)度模塊分配的上行發(fā)送時隙內(nèi)發(fā)送，在發(fā)送時檢查是否進行FEC編碼。
本發(fā)明的技術構思為GP0N傳輸匯聚子層(GTC)是整個0NU設計 的核心與關鍵。GTC層設計的主要任務是實現(xiàn)0NU中PON的幀同步， 測距，上行接入，編解碼等功能。
GTC層需要處理的信息流分為上下行兩路。下行信息流即是0LT 向0MJ發(fā)送的光信號；上行信息流是0NU處理用戶的需求信息并向0LT 發(fā)送的光信號。信息流符合典型數(shù)據(jù)分組的一般格式，分為幀頭和負 載兩部分。
下行信息流下行速度為1. 244Gbit/s，幀長是125us， 19440個字節(jié)。
(1) 同步域
0NU是利用下行幀的32位長的物理同步域(Psync)域來實現(xiàn)幀同 步的。根據(jù)G. 984. 3協(xié)議，Psync域的值規(guī)定為0xB6AB31E0。
(2) 超幀指示域
超幀指示域(Went)用作超幀指示，值為0時指示一個超幀的開 始。 一共有32位。在搜索狀態(tài)時，ONU把在Ident接收到的超幀計數(shù) 器裝載到它的本地計數(shù)器。在準同步和同步狀態(tài)，0NU比較它的本地 值和接收到的計數(shù)器值，匹配的話表明同步，否則則表明傳輸錯誤或 者不同步。Ident域的最高1位用于表示前項糾錯校驗(FEC)是否正在 下行中調(diào)用。Ident域的次高位是保留的。最低有效30位將包含一個 計數(shù)器。
(3) 消息處理域
下行物理層操作維護管理(PL0AM)消息有13字節(jié)長，結構如圖 4-5所示。光終端地址(0NILID)表示該PL0AM消息的目的0而，消息地址(Message ID)表示該消息的類型，Data表示該PL0AM消息的負荷， 循環(huán)冗余校驗(CRC)是該域的校驗字段，如果CRC校驗出錯，就丟棄該 消息。
(4) 比特間插奇偶校驗碼域
BIP域是比特間插奇偶校驗碼，長度為8比特，用來測量連接點 錯誤的數(shù)量。
(5) 下行有效載荷長度域
下行有效載荷長度域(Plend)用于說明帶寬映射域(Bwmap)域 的長度及載荷中ATM信元的數(shù)目，為了增強容錯性，Plend出現(xiàn)兩次。 每個Plend為32比特，分為Blen和Alen域。
(6) 帶寬映射域
0LT通過下行幀中的帶寬映射域(BWmap)域?qū)?NU的各個業(yè)務 類型(T-CONT)進行授權，BWmap域的長度為8XN bytes， N的值由下 行幀中Plend域的Blen規(guī)定，SStart和SStop分別為ID=Alloc ID 的T-C0NT的發(fā)送開始時間和停止時間(以字節(jié)為單位)，12比特的 Flags決定在上行幀開銷中是否包括功率檢測(PLSu)、 PL0AMu、帶寬 分布(DBRu)以及上行數(shù)據(jù)是否FEC編碼。 (7)負載 '
負載中包含了 GEM域和數(shù)據(jù)。GEM解幀域的主要功能是從GEM幀 的載荷部分提取出以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包。ONU根據(jù)包含在每幀標志域中的12 位端口地址(Port —ID)域?qū)ο滦袔M行過濾，屬于該ONU的幀繼續(xù) 傳遞到GEM用戶，不屬于該ONU的則被丟棄。
上行信息流上行速度也為1. 244Gbit/s，幀長是125us， 19440個 字節(jié)。上行幀頭開銷由PLOu (物理層開銷模塊)、上行物理層操作維護管理(PL0AMu)、功率測量序列(PLSu)和上行動態(tài)帶寬報告(DBRu) 組成，其中，是否發(fā)送PLOAMu、 PLSu和DBRu由下行幀的12bits長的 Flags決定。
(1) PL0u域
PL0u模塊由五部分組成前導碼 (Preamble)、定界符 (Delimiter),奇偶校驗域(BIP)、0NU標志符(0NU ID)、指示域(Ind)。
(2) PLOAMu域
上行PLOAM域和下行PLOAM域結構相同。有13字節(jié)長。ONU ID 表示該PLO細消息的目的ONU， Message ID表示該消息的類型，Data 表示該PLOAM消息的負荷，最后進行CRC計算。
(3) PLSu域
PLSu域有120字節(jié)長度，它用于ONU的功率控制測量。
(4) DBRu域
DBRu包括DBA域和CRC域。該內(nèi)容包括兩部分CRC校驗信息域 和DBA域。DBA域包括正被討論的T-CONT的傳輸狀態(tài)。
(5) 負載 和上行負載一樣。
幀頭內(nèi)部的帶寬映射域設定為2個，即Blen = 2，負載縮減為194 個字節(jié)；PLSu域先丟棄,并且上下行的密鑰都先省去，實現(xiàn)一個簡單的 上行和下行GPON TC匯聚層(GTC)幀。
基于FPGA的GPON成幀子層程序，主要包括G. 984. 3協(xié)議中GTC 幀結構的設計，實現(xiàn)對下行數(shù)據(jù)流的解包和上行數(shù)據(jù)流的組包。基于 FPGA的設計能夠最終做到軟件的仿真和硬件調(diào)試。在輸出端能夠看到 符合G. 984. 3協(xié)議的幀結構的產(chǎn)生和分解。由于應用環(huán)境的特殊性和自身水平的限制，本發(fā)明現(xiàn)在所設計的GTC幀發(fā)射過程中去除了 PLSu， 通過自己編寫的信號源輸出的頻率為fl，這大大減少的工作量，也便 于利用FPGA來完成這項工作。
0NU TC層成幀子層所需要完成的功能很多，技術也比較復雜，所 以我們在其設計時采用模塊化設計思想， 一個功能使用一個單獨的模 塊來設計，這樣便于模塊的修改而不影響其它的模塊。我們使用的EDA 工具為Altera公司的Quartus II，選用的芯片為Arria GX系列的FPGA 器件，通過VerilogHDL語言、原理圖與狀態(tài)機的設計等方式來實現(xiàn)成 幀子層所需完成的功能。
整個劃分為三大塊，l.輸入數(shù)據(jù)速率轉換；2.GTC下行幀解幀； 3. GTC上行幀組幀。根據(jù)GTC幀頭協(xié)議寫一個GTC下行信號源，將信號 源輸出的數(shù)據(jù)給數(shù)據(jù)數(shù)率轉換模塊，用到這個模塊的原因是因為GP0N 下行速率高達1.244Gbit/s，必須要有一個降速過程，不然FPGA不能 在過高的速率下面穩(wěn)定工作；降速以后把得到的GTC下行數(shù)據(jù)給GTC 下行解幀模塊，解開數(shù)據(jù)包前面的GTC幀頭，得到一些必要的管理信息 和上行控制信息以及所需的數(shù)據(jù)包。上行組幀通過下行解幀的控制信 息組成GTC幀頭并結合所需發(fā)送的數(shù)據(jù)包組成上行幀進行封裝。整個 發(fā)明都是在FPGA芯片上進行程序的編寫并且下載到FPGA芯片上進行 硬件的調(diào)試來實現(xiàn)的。
實現(xiàn)過程(l)GTC下行解幀GTC下行幀由光口傳送到FPGA，
由于傳輸數(shù)率太高先對下行幀實現(xiàn)降速，達到內(nèi)部邏輯能處理的速 率，把降速以后的下行幀送給下行解幀模塊，解開數(shù)據(jù)包前面的GTC 幀頭，得到一些必要的管理信息和上行控制信息以及所需的數(shù)據(jù)包。 (2) GTC上行組幀上行組幀通過下行解幀的控制信息組成GTC幀的前端數(shù)據(jù)，包括PL0u，PL0AMu，DBRu， GEM這些上行幀頭，把這些數(shù) 據(jù)放在負載的前端合適時間的輸出。 GTC成幀子層實現(xiàn)以下三種功能
(1) 復用技術和解復用技術PL0AM和GEM部分根據(jù)在幀頭顯示 的邊界信息在下行TC幀中多路復用。每部分根據(jù)頭指示器從上行信道 中提取。
(2) 幀頭編碼和解碼TC幀頭在下行幀中進行編碼和格式。幀頭 在上行幀中解碼。而且，還執(zhí)行嵌入式的OAM。
(3) 基于Alloc-ID的內(nèi)部路由功能基于Alloc-ID的路由為來往 于ATM和GEM TC適配器間的數(shù)據(jù)服務。
本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在IP業(yè)務效率高、承載TDM業(yè)務
能力強、為用戶提供更大的帶寬。


圖l是下行幀幀結構圖。 圖2是上行幀幀結構圖。 圖3是GEM封裝結構。 圖4是下行幀頂層功能結構圖。 圖5是上行幀頂層功能結構圖。 圖6是GEM解封裝功能結構圖。 圖7是下行解幀流程圖。 圖8是上行組幀流程圖。 圖9是整體模塊框圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。參照圖1 圖9， 一種基于FPGA的GPONGTC成幀子層，在所 述GPON GTC成幀子層中，GTC成幀子層的數(shù)據(jù)流分為上下行兩路來 處理，下行數(shù)據(jù)流由0LT向0NU發(fā)送，經(jīng)過TC層解幀處理后送入適配 層；上行數(shù)據(jù)流是用戶需求信息經(jīng)過0NU中TC層組幀處理后向0LT 發(fā)送，數(shù)據(jù)處理過程在FPGA中實現(xiàn)，包括
在下行方向，將1244Mbit/s的高速串行比特流及其時鐘信號經(jīng)過 降速處理適應FPGA的工作速率后傳送給幀同步模塊，幀同步模塊根 據(jù)下行幀中PCBd字段中的Psync字段逐比特地搜索下行幀的幀頭以 完成幀同步；同步后如果下行幀數(shù)據(jù)采用FEC編碼，對其進行FEC 解碼；BIP校驗模塊根據(jù)接收的數(shù)據(jù)重新計算BIP，并與下行幀中的 BIP字段進行比較來檢查傳輸錯誤；此后數(shù)據(jù)進入GTC解幀模塊，將 下行數(shù)據(jù)分為兩路分別進行處理
一路是把PLOAMd和Bwmap字段分別送入消息處理模塊和授權 處理模塊進行相關處理；授權模塊從BWmap中提取出本ONU的 T-CONT帶寬分配信息，將OLT分配的授權映射到上行時隙中消息 處理模塊則將PLOAMd中的消息信息提取出來，送入上行幀頭處理模 塊，同時與授權處理的結果一起送入測距模塊；測距模塊處理 PLOAMd中的消息，并根據(jù)這些消息及相關控制信號控制狀態(tài)機的狀 態(tài)轉換，同時配合OLT完成GPON系統(tǒng)的測距功能;測距后的信息經(jīng) T-CONT隊列調(diào)度模塊處理，同時結合授權處理模塊的處理結果來控 制上行數(shù)據(jù)幀在規(guī)定的時隙內(nèi)發(fā)送；
另一路數(shù)據(jù)是經(jīng)過GTC解幀模塊出來的載荷進入GEM解幀模塊 隨后對GEM幀進行載荷部分的提取，送入FIFO緩存器并交由適配層進行協(xié)議數(shù)據(jù)到服務數(shù)據(jù)的轉換；
在上行方向，數(shù)據(jù)首先經(jīng)過GEM成幀模塊組成GEM幀，然后根
據(jù)上行幀頭處理模塊的處理信息再由GTC成幀模塊組成GTC幀，并
在T-CONT隊列調(diào)度模塊分配的上行發(fā)送時隙內(nèi)發(fā)送，在發(fā)送時檢査
是否進行FEC編碼。
本實施例的實現(xiàn)過程(l)GTC下行解幀GTC下行幀由光口傳
送到FPGA，由于傳輸數(shù)率太高先對下行幀實現(xiàn)降速，達到內(nèi)部邏輯
能處理的速率，把降速以后的下行幀送給下行解幀模塊，解開數(shù)據(jù)包
前面的GTC幀頭，得到一些必要的管理信息和上行控制信息以及所需
的數(shù)據(jù)包。(2)GTC上行組幀上行組幀通過下行解幀的控制信息組
成GTC幀的前端數(shù)據(jù)，包括PL0u， PL0AMu， DBRu， GEM這些上行幀頭，
把這些數(shù)據(jù)放在負載的前端合適時間的輸出。
GTC成幀子層實現(xiàn)以下三種功能
(1) 復用技術和解復用技術PLOAM和GEM部分根據(jù)在幀頭顯示 的邊界信息在下行TC幀中多路復用。每部分根據(jù)頭指示器從上行信道 中提取。
(2) 幀頭編碼和解碼TC幀頭在下行幀中進行編碼和格式。幀頭 在上行幀中解碼。而且，還執(zhí)行嵌入式的OAM。
(3) 基于Alloc-ID的內(nèi)部路由功能基于Alloc-ID的路由為來往 于ATM和GEM TC適配器間的數(shù)據(jù)服務。
如圖l所示，PCBd為下行物理層控制塊，提供幀同步、定時及動 態(tài)帶寬分配等OAM功能；載荷部分透明承載ATM信元及GEM幀。ONU 根據(jù)PCBd獲取同步等信息，并依據(jù)ATM信元頭的VPI/VCI過濾ATM 信元，依據(jù)GEM幀頭的Port-ID過濾GEM幀。Payload域填充ATM信元和GEM幀。
物理層同步(Psync)是在每個PCBd開始時固定的32位模式。0NU 能利用這個模式來找到幀的開始。Psync域的譯碼是0xB6AB31E0; Ident用作超幀指示，值為0時指示一個超幀的開始；PLOAMd用于承 載下行PL(MM信息；BIP是比特間插奇偶校驗8比特碼，用作誤碼監(jiān) 測；Plend用于說明BWm即域的長度及載荷中ATM信元的數(shù)目，為了 增強容錯性，Plend出現(xiàn)兩次；BWmap域用于上行帶寬分配，帶寬分 配的控制對象是T-C0NT， 一個ONU可分配多個T-C0NT，每個T-CONT 可包含多個具有相同QoS要求的VPI/VCI或Port-ID，這是GPON動態(tài) 帶寬分配技術中引入的概念，提高了動態(tài)帶寬分配的效率。
如圖2所示，上行物理層開銷(PL0u)突發(fā)同步，包含前導碼 (Preamble)、定界符(Delimiter)、奇偶校驗域(BIP)、 0NU標志符 (0NU ID)、指示域(Ind)。其長度由0LT在初始化0NU時設置，0NU 在占據(jù)上行信道后首先發(fā)送PL0u單元，以使0LT能夠快速同步并正確 接收0NU的數(shù)據(jù)；上行物理層操作維護管理(PL0AMu)用于承載上行 PL0AM信息，長度13字節(jié)；功率測量序列(PLSu)長度120字節(jié)，用 于調(diào)整光功率；上行動態(tài)帶寬報告(DBRu)包含DBA域及CRC域，用 于申請上行帶寬，共5字節(jié)；Payload域填充ATM信元、GEM幀或者 DBA報告；本發(fā)明沒有加載PLSu域。
如圖3所示，GEM幀是GPON傳輸匯聚層的最大特色是采用了全新 的傳輸匯聚層協(xié)議。它由5字節(jié)的幀頭和L字節(jié)的凈荷組成。GEM幀 頭包括凈荷長度指示(PLI)、 Port-ID、凈荷類型指示(PTI)和13 比特的頭錯誤控制(HEC)五個部分組成。PLI指示的是凈荷的字節(jié)長 度。由于GEM塊是連續(xù)傳輸?shù)模訮LI可以視作一個指針，用來指示并找到下一個GEM幀頭。PLI由12比特組成，所以后面的凈荷最大 字節(jié)長度是4095個字節(jié)。如果數(shù)據(jù)超過這個上限，GEM將采用分片機 制。12比特的Port-ID可以提供4096個不同的端口，用于支持多端 口復用，相當于AP0N中的VPI。 PTI用來指示凈荷的類型。PTI最高 位指示GEM幀是否為0AM信息，次高位指示用戶數(shù)據(jù)是否發(fā)生擁塞， 最低位指示在分片機制中是否為幀的末尾。HEC有13比特，它提供GEM 幀頭的檢錯和糾錯個功能。HEC是由BCH(39， 12， 2)和一位的奇偶校驗 位組成。 一旦幀頭確定以后，將以固定的模式異或計算收到的比特， 將結果發(fā)送出去，接收機使用同樣的異或計算恢復頭部。
如圖9所示，整個程序分成下行解幀和上行組幀兩大程序。下行 解幀以ll為頂層文件，如圖4所示包括三個模塊signal, changer 和GP0N_practice。 signal是下行解幀的輔助程序，其作用是提供一 組數(shù)據(jù)為下行解幀服務。changer的作用降低接收下行幀的速率并把 下行幀數(shù)據(jù)轉成8位數(shù)據(jù)方便內(nèi)部解幀模塊的讀取，它包括六個模塊 qq, dc， tq， mem， yanshi， datab。 qq是LVDS接收模塊，F(xiàn)PGA通過LVDS 口接收下行幀，并且改變了下行數(shù)據(jù)的排列，此時數(shù)據(jù)位從初始的4 位變成了 16位。dc的作用是把LVDS接收后排列錯誤的數(shù)據(jù)位恢復為 原始的下行幀數(shù)據(jù)。tq的作用是根據(jù)協(xié)議上規(guī)定的下行幀幀頭找到下 行幀的起始位置。mem是的作用是把找到的下行幀起始位置的前4個 字節(jié)保存在寄存器中。yanshi有兩個，它的作用是把tq以后的數(shù)據(jù) 延時mem所需處理的時間，然后再在datab中把寄存器里的前幾個字 節(jié)跟延時后的字節(jié)重新結合起來，datab模塊同樣有兩個，這樣把數(shù) 據(jù)轉成兩組8位的下行幀數(shù)據(jù)，實現(xiàn)降速過程。changer是整個下行 幀解幀的預備狀態(tài)，它為GPON_pmctice提供符合操作的數(shù)據(jù)流。GPON—practice的作用是解下行幀幀頭，它又包括十大模塊 tqz， deframe， tongbu， Ident， Ploamd， BIP, Plend， de—Bwmap, B碰ap 和 GEM。 tqz的作用是得到降速后下行幀的起始位置。deframe的作用是
把下行幀頭依據(jù)字節(jié)數(shù)按區(qū)域分開，進行模塊化處理，分別送給 tongbu， Ident， Ploamd， BIP， Plend， de—Bwm即,Bwmap禾口 GEM。 tongbu的 作用是實現(xiàn)快速同步。Went的作用是ONU將在同步或預同步狀態(tài)下 收到的下行計數(shù)器的值與本地計數(shù)器作比較，相同就表示同步，不同 就是表示傳輸錯誤或失去同步。Ploamd包含的是一些消息信息。BIP是 比特間插奇偶校驗碼，長度為8比特，用來測量連接點錯誤的數(shù)量。 Plend的作用是用于說明帶寬映射域(Bwmap)域的長度及載荷中ATM 信元的數(shù)目。De_Bwmap的作用是根據(jù)Plend讀取Bwmap的長度。B麗ap 的作用是對0NU的各個業(yè)務類型(T-C0NT)進行授權，確定T-C0NT的發(fā) 送開始時間和停止時間(以字節(jié)為單位)，12比特的Flags決定在上 行幀開銷中是否包括功率檢測(PLSu)、 PL0層u、帶寬分布(DBRu)以 及上行數(shù)據(jù)是否FEC編碼。GEM是GEM解幀域，它的主要功能是從GEM 幀的載荷部分提取出以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包。如圖7和圖4所示，ll.v的作用 是將各個模塊的功能綜合在一起得到所需的下行幀速率并把這個能供 FPGA操作的下行幀數(shù)據(jù)按模塊解包得到所需的控制信息和數(shù)據(jù)包。數(shù) 據(jù)經(jīng)過changer, v的處理后已經(jīng)完成了下行幀數(shù)據(jù)的降速。然后將從 changer, v傳來的數(shù)據(jù)輸入到GP0N_practice. v，先經(jīng)過同步模塊找到 幀的起始位置，如果Ident指示要進行FEC解碼，則進行FEC解碼， 如不需要則跳過；如果指示計數(shù)器值超幀，與本地計數(shù)器不匹配則丟 棄該幀。PL0AM模塊接收解幀出來的PL0AM信息從而產(chǎn)生一些管理和 控制信息。然后再比較BIP域，本程序采用比較法，不同的話也要丟棄該幀；相同的話進入Plend模塊確定B誦ap和G函的長度，再通過 模塊里的CRC校驗計算確定下行幀的可靠性，最后進入BWmap模塊提 取T-C0NT的控制信號控制上行的帶寬分配。
上行組幀以frame為頂層模塊，如圖5所示包括五大模塊 PL0u， Ploamu， DBRu， GEM和frameu 。 PL0u又包括六個小模塊 preamble, de， in， ounu， BIP和PL0。 Preamble的作用是用于上行幀的 同步。De的作用是用于上行幀的定界。In的作用是報告0NU的實時狀 態(tài)，是否出錯，是否需要FEC編碼以及業(yè)務狀態(tài)。Oimu的作用是標志 該上行幀的OMLID。 BIP是比特間插奇偶校驗碼，長度為8比特，用 來測量連接點錯誤的數(shù)量。PL0的作用是把五個小模塊組合成PL0u。 Ploamu的作用是用于響應OLT發(fā)送給ONU的Ploamd信息。DBRu的作 用是報告業(yè)務T-C0NT的狀況。GTC上行組幀的作用是將各個模塊的功 能綜合在一起產(chǎn)生GTC上行幀數(shù)據(jù)，如圖5和圖8所示。數(shù)據(jù)經(jīng)過 PLOu. v， Ploam. v， DBRu. v的處理后已經(jīng)完成了上行幀的封裝。然后將 數(shù)據(jù)包經(jīng)過GEM封裝加在上行幀頭的最后，完成整個程序的功能。
GEM分為解封裝和封裝兩個部分，適用于GPON的下行幀和上行 幀。GEM解封裝作為一個整體模塊如圖6，但內(nèi)部可以區(qū)分為五個小 模塊，deGEM. v， bch_decoder. v， GEM—header, v， yanshi. v， payload. v， 它的作用是下行幀經(jīng)過GTC解幀后，數(shù)據(jù)經(jīng)過特定的GEM解封裝格 式，解開下行負載的GEM幀頭，精確的得到下行數(shù)據(jù)包。deGEM.v的 作用是按GEM幀頭的格式進行區(qū)域分開，得到PTI， PLI， Port—ID， HEC 的數(shù)據(jù)域；bch—decoder.v就是HEC解碼，它的作用是增強數(shù)據(jù)的安 全性；GEM_header. v的作用是把PTI, PLI， Port—ID的數(shù)據(jù)域映射到 協(xié)議讀取這三個域包含的控制信息yanshi.v的作用是延時GEM—header, v所需的處理的時間，使處理完的數(shù)據(jù)在時域上剛好加 在payload. v的前面去控制數(shù)據(jù)包；payload. v是一個完全數(shù)據(jù)包， 其作用是發(fā)送選擇，即可以發(fā)送給用戶，也可以發(fā)送給網(wǎng)管。
GEM封裝是以獨立模塊出現(xiàn)，內(nèi)部是按域分開，分別為 PTI， PLI， Port—ID, HEC， payload，它的作用是將各個域綜合在一起形 成GEM封裝的GPON數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)經(jīng)過PTI， PLI， Port一ID， HEC的處理 后完成GEM封裝，然后將payload加在GEM幀頭的最后，完成GEM 封裝。
本實施例編寫的程序要通過Arria GX開發(fā)板進行硬件調(diào)試，此 開發(fā)板的主要芯片為FPGA芯片EP1AGX60DF780C6。利用邏輯分析儀 來觀察輸出數(shù)據(jù)的準確性。為了便于觀察，本發(fā)明設計了幾個特別 的模塊來輔助。
4分頻器f enp4. v將輸入的4位數(shù)據(jù)16位輸出，設計分頻器用 于時鐘處理。
數(shù)據(jù)產(chǎn)生器signal. v產(chǎn)生下行幀輸入數(shù)據(jù)，當總體復位信號rst 信號來時，開始產(chǎn)生數(shù)據(jù)，每64個時鐘變換一次，得到符合協(xié)議的 信號源數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)產(chǎn)生器test, v產(chǎn)生上行幀輸入數(shù)據(jù)，當總體復位信號rst 信號來時，開始產(chǎn)生數(shù)據(jù)，每時鐘變換一次，得到符合協(xié)議的信號 源數(shù)據(jù)。
權利要求
1、一種基于FPGA的GPON GTC成幀子層，其特征在于在所述GPONGTC成幀子層中，GTC成幀子層的數(shù)據(jù)流分為上下行兩路來處理，下行數(shù)據(jù)流由OLT向ONU發(fā)送，經(jīng)過TC層解幀處理后送入適配層；上行數(shù)據(jù)流是用戶需求信息經(jīng)過ONU中TC層組幀處理后向OLT發(fā)送，數(shù)據(jù)處理過程在FPGA中實現(xiàn)，包括在下行方向，將1244Mbit/s的高速串行比特流及其時鐘信號經(jīng)過降速處理適應FPGA的工作速率后傳送給幀同步模塊，幀同步模塊根據(jù)下行幀中PCBd字段中的Psync字段逐比特地搜索下行幀的幀頭以完成幀同步；同步后如果下行幀數(shù)據(jù)采用FEC編碼，對其進行FEC解碼；BIP校驗模塊根據(jù)接收的數(shù)據(jù)重新計算BIP，并與下行幀中的BIP字段進行比較來檢查傳輸錯誤；此后數(shù)據(jù)進入GTC解幀模塊，將下行數(shù)據(jù)分為兩路分別進行處理一路是把PLOAMd和Bwmap字段分別送入消息處理模塊和授權處理模塊進行相關處理；授權模塊從BWmap中提取出本ONU的T-CONT帶寬分配信息，將OLT分配的授權映射到上行時隙中消息處理模塊則將PLOAMd中的消息信息提取出來，送入上行幀頭處理模塊，同時與授權處理的結果一起送入測距模塊；測距模塊處理PLOAMd中的消息，并根據(jù)這些消息及相關控制信號控制狀態(tài)機的狀態(tài)轉換，同時配合OLT完成GPON系統(tǒng)的測距功能；測距后的信息經(jīng)T-CONT隊列調(diào)度模塊處理，同時結合授權處理模塊的處理結果來控制上行數(shù)據(jù)幀在規(guī)定的時隙內(nèi)發(fā)送；另一路數(shù)據(jù)是經(jīng)過GTC解幀模塊出來的載荷進入GEM解幀模塊隨后對GEM幀進行載荷部分的提取，送入FIFO緩存器并交由適配層進行協(xié)議數(shù)據(jù)到服務數(shù)據(jù)的轉換；在上行方向，數(shù)據(jù)首先經(jīng)過GEM成幀模塊組成GEM幀，然后根據(jù)上行幀頭處理模塊的處理信息再由GTC成幀模塊組成GTC幀，并在T-CONT隊列調(diào)度模塊分配的上行發(fā)送時隙內(nèi)發(fā)送，在發(fā)送時檢查是否進行FEC編碼。
全文摘要
一種基于FPGA的GPON GTC成幀子層，在所述GPON GTC成幀子層中，GTC成幀子層的數(shù)據(jù)流分為上下行兩路來處理，下行數(shù)據(jù)流由OLT向ONU發(fā)送，經(jīng)過TC層解幀處理后送入適配層；上行數(shù)據(jù)流是用戶需求信息經(jīng)過ONU中TC層組幀處理后向OLT發(fā)送，數(shù)據(jù)處理過程在FPGA中實現(xiàn)。本發(fā)明提供一種IP業(yè)務效率高、承載TDM業(yè)務能力強、為用戶提供更大的帶寬的基于FPGA的GPON GTC成幀子層。
文檔編號H04L29/06GK101409708SQ200810122308
公開日2009年4月15日 申請日期2008年11月8日 優(yōu)先權日2008年11月8日
發(fā)明者孟利民, 鐘 金 申請人:浙江工業(yè)大學