基于SoC的千兆EPONONU硬件平台

　　1 引言

　　PON结构简单、铺设维护成本低的特点和以太网设备成熟、廉价的特点使EPON这项技术已成为目前解决接入网速率这一瓶颈的最佳方案之一。但在目前国内的EPON设备中，特别是OLT和ONU的芯片仍需从国外厂家进口，所以研发出具有自主知识产权的EPON的核心技术产品是当务之急[1]。

　　本文根据上海大学SHU EPON ONU MAC控制芯片的设计经验，提出了一种千兆ONU硬件平台的设计和实现方案。并结合当前ASIC设计开发的趋势，基于SoC的概念嵌入8051处理内核。通过此平台完善上海大学SHU EPON ONU MAC控制芯片。该平台不仅在硬件设计上留有一定的余量为系统升级做准备。而且设计时也考虑到目前ASIC制造工艺的性价比和局限性问题。

　　2 ONU系统功能简介

　　EPON系统由光用户终端ONU、光线路终端OLT、光配线网ODN组成[2]。ONU位于用户端，放在住户，企业或MDU/MTU(多用户/租户单元)处,提供客户的语音,数据和视频与PON的接口,还提供第二层交换功能。简言之ONU为用户提供EPON的接人功能。

　　根据IEEE802.3ah标准[3].ONU作为EPON系统的用户端接入设备,主要完成的功能可描述为：

　　◆选择接收OLT发送的广播数据：

　　◆响应OLT发出的注册和测距命令：

　　◆对用户的以太网数据进行缓存,向OLT报告缓存的队列情况并在OLT分配的上行发送窗口中发送缓存的数据：

　　◆根据OLT发出的OAM帧，执行相应的OAM功能：

　　◆其它相关的以太网功能。

　　3 FPGA逻辑结构简介

　　由于处于ASIC设计的前端，采用Altera公司的FPGA EP2C70F672C6作为核心处理单元，并基于这块FPGA进行逻辑代码的编写、测试和验证。

　　EPON ONU MAC控制芯片内部逻辑设计如图1所示，整个系统可以分为上行和下行两部分，下行是数据从OLT传输到ONU，上行是数据从ONU传输到OLT。接收模块对下行数据进行10位转8位码变换,LLID的滤除和帧校验,然后进行帧分类。在下行链路中,除了有用户数据外,还有MPCP和OAM帧，帧分类模块把接收模块处理后的数据按类别交给对应模块。同样上行链路中除了用户数据外，还有Register Ack帧、Register Request帧、Report帧和OAM帧，上行队列管理模块将它们和从GMII/MII来的用户数据添加LLID后暂存于SDRAM中,复用控制模块根据这些帧的优先级,等待发送控制模块使能发送[1]。GMII/MII切换模块根据以太收发芯片工作速率选择对应逻辑实现10/100/1000自适应应用。

　　OAM处理、仲裁和控制模块响应处理经过分类后的OAM帧,协调和控制相应模块。如图2所示，该模块主要由8051内核、UART核和RAM等构成。核心为源代码开放的8051IP核,使用Verilog语言编写，指令体系完全与标准的8051兼容。数据交互模块通过8051 IO端口来实现OAM模块对外数据传递功能。系统协调控制模块完成整个ONU系统的初始化，并协调控制整个ONU系统工作。另外加入了中断产生和定时器模块来完善OAM模块功能，防止异常状况使系统瘫痪。