基于PAS6301的ONU硬件设计

      0 引言

　　  随着因特网的快速发展，用户以太网被大量使用。为此，在2000年12月，以太设备供应商提出了将 PON以太网用于接入网的标准研究计划，这种使用PON的以太网称为EPON。EPON(Ethernet Passive Optical Network，以太无源光网络)是一种新型的光纤接入网技术，它采用点到多点结构，无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务。它在物理层采用了PON技术，在链路层使用以太网协议，利用PON的拓扑结构实现了以太网的接入。因此，它综合了PON技术和以太网技术的优点：低成本；高带宽；扩展性强，灵活快速的服务重组；与现有以太网的兼容性；方便的管理等等。

      1 ONU在EPON系统中的功能介绍

　　  一个典型的EPON系统由OLT、ONU、ODN组成，如图1所示。OLT(Optical Line Terminal)放在中心机房，ONU(Optical Network Unit)放在用户设备端附近或与其合为一体。光分配网络ODN(Optical Network Unit)由光纤和一个或多个无源光分路器等无源光器件组成，在OLT和ONU间提供光通道。按照ONU在接入网中所处的位置不同，EPON系统可以有几种网络应用类型：光纤到交接箱(FT-TCab)、光纤到楼宇／分线盒(FTTB／C)、光纤到家庭用户(FTTH)、光纤到公司／办公室(FTTO)。

　　  EPON系统可能承载的业务类型包括以太网／IP业务、语音业务、TDM业务和CATV业务等，其中TDM业务为E1电路仿真业务。根据IEEE802．3ah标准，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。

　　  2 ONU的硬件系统设计

　　  如图2所示，ONU的基本硬件模块主要包括：PAS6301芯片、以太网交换模块、FLASH、SDRAM、EEPROM、光收发模块。

　　  2．1 PAS6301模块

　　  PAS6301芯片是PMC-Sierra公司最新推出一款EPON光网络单元(ONU)和光通路终端(OLT)芯片，新器件包括用于用户端设备的。 PAS6301 ONU和用于局端设备的PSA5201 OLT，二者结合起来即可提供端到端EPON方案，可支持中国电信集团针对中国电信市场所定义的算法与功能。PAS6301芯片提供了基于802．3ah 标准的EPON ONU关键功能的解决方案。它集成了串／并转换器和ARM922处理器等，其目标是实现光纤到家(FTTH)，也能够在光纤到柜(FTTCab)作为上行物理层设备。与PAS6301芯片配套的有一个完整的软件开发平台和板级支持包，可以帮助开发者构建一个综合的ONU解决方案。PAS6301还集成了媒体接入控制(MAC，Medium Access Control)和协议管理功能，包括升级后的IP地址和UDP／TCP高级封包分类引擎(advanced packet classification engine)，一个10／100／1000的以太网用户接口，以及模数转换和额外的用于交换管理的10／100以太网接口。

　　  2．2 PAS6301内部模块介绍

　　  由图3所示，芯片主要分为五大模块：EPON MAC模块、封包处理引擎、用户网接口(UNI，User Network Inter-face)、嵌入式子系统和操作、管理和维护模块(OMA，Opera-tion，Administration & Maintenance)。各模块功能如下：

　　  (1)MAC模块

　　  EPON接口和MAC提供用于传输和接受所需要的所有元件和功能。

　　  (2)封包处理引擎模块

　　  EPON的封包处理引擎功能组是作为EPON协议和以太网协议的桥梁，它又分为上行业务流和下行业务流。除了上、下行业务流数据接口之外，它还有一个提供PACKETBUFFER功能的外存储器接口，以及包括PON队列和UNI等特殊队列到CPU的接口。

　　  (3)UNI模块

　　  UNI功能组提供一个到交换设备的10／100／1 000 Mbps的以太网连接，采用GMII接口。

　　  (4)嵌入式子系统模块

　  　PAS6301子系统功能组监控该设备上的所有唤醒或者管理请求模块的配置，这也包括监控和维护所有接口的状态。总的来说，嵌入式子系统模块监控、执行包括清除缓冲存储器、计数在内的实时进程，它也执行EPON系统所定义的OAM协议。

　　  (5)OMA模块

　　  基于IEEE 802．3ah标准之上，PAS6301提供了针对EPON系统的综合OAM功能。OAM支持在一个API上被执行，这个API接收以ONU自身MAC地址为目的地址的OAM消息。

　　  3 以太网交换模块

　　  在本次设计中，我们采用Marvell公司的Marvell88E6045。它与PAS6301之间通过GMII接口相连，如图4。Marvell 88E6045是一个2GE+4FE的以太网交换芯片，它的两个GE端口分别为包含了串／并转换接口的Port9和Port1O。串／并转换接口可以用来连接3倍速度的10／100／1000铜制PHY(Physical layer)设备，1000BASE的光纤模块或者Marvell的其它交换设备。Port9不支持GMII，所以我们使用可以连接MII或者GMII的 Port10，对Port10端口进行扩展，为用户提供了4个FE接口和1个GE接口。

　　  4 存储模块

　　  4．1 FLASH

　　  我们采用S29GL032M90芯片作为Flash存储器。它采用了0．23μm的MirrorBit技术，接入时间高达 90 ns，读写只需要3伏特的电压。在电压发生变化时，它的低电压探测器会自动阻止写操作以保护硬件数据。FLASH和PAS6301的主要引脚连接如图5，相关功能包括：RY_NBY引脚对MEM_IRQO输入CPU中断信号；A[1：22]接收MEM_AD[1：22]的CPU接口地址信号；CPU通过D [0：15]与MEM_D[0：15]