基于PAS6301的ONU硬件設計

隨著因特網的快速發展，用戶以太網被大量使用。為此，在2000年12月，以太設備供應商提出了將 PON以太網用于接入網的標準研究計劃，這種使用PON的以太網稱為EPON。EPON(Ethernet Passive Optical Network，以太無源光網絡)是一種新型的光纖接入網技術，它采用點到多點結構，無源光纖傳輸，在以太網之上提供多種業務。它在物理層采用了PON技術，在鏈路層使用以太網協議，利用PON的拓撲結構實現了以太網的接入。因此，它綜合了PON技術和以太網技術的優點：低成本；高帶寬；擴展性強，靈活快速的服務重組；與現有以太網的兼容性；方便的管理等等。

1 ONU在EPON系統中的功能介紹

　　一個典型的EPON系統由OLT、ONU、ODN組成，如圖1所示。OLT(Optical Line Terminal)放在中心機房，ONU(Optical Network Unit)放在用戶設備端附近或與其合為一體。光分配網絡ODN(Optical Network Unit)由光纖和一個或多個無源光分路器等無源光器件組成，在OLT和ONU間提供光通道。按照ONU在接入網中所處的位置不同，EPON系統可以有幾種網絡應用類型：光纖到交接箱(FT-TCab)、光纖到樓宇／分線盒(FTTB／C)、光纖到家庭用戶(FTTH)、光纖到公司／辦公室(FTTO)。

　　EPON系統可能承載的業務類型包括以太網／IP業務、語音業務、TDM業務和CATV業務等，其中TDM業務為E1電路仿真業務。根據IEEE802．3ah標準，ONU作為EPON系統的用戶端接入設備．主要完成的功能可描述為：

　　◆選擇接收OLT發送的廣播數據。
　　◆響應OLT發出的注冊和測距命令。
　　◆對用戶的以太網數據進行緩存，向OLT報告緩存的隊列情況并在OLT分配的上行發送窗口中發送緩存的數據。
　　◆根據OLT發出的OAM幀，執行相應的OAM功能。
　　◆其它相關的以太網功能。

2 ONU的硬件系統設計

　　如圖2所示，ONU的基本硬件模塊主要包括：PAS6301芯片、以太網交換模塊、FLASH、SDRAM、EEPROM、光收發模塊。

2．1 PAS6301模塊

　　PAS6301芯片是PMC-Sierra公司最新推出一款EPON光網絡單元(ONU)和光通路終端(OLT)芯片，新器件包括用于用戶端設備的。 PAS6301 ONU和用于局端設備的PSA5201 OLT，二者結合起來即可提供端到端EPON方案，可支持中國電信集團針對中國電信市場所定義的算法與功能。PAS6301芯片提供了基于802．3ah 標準的EPON ONU關鍵功能的解決方案。它集成了串／并轉換器和ARM922處理器等，其目標是實現光纖到家(FTTH)，也能夠在光纖到柜(FTTCab)作為上行物理層設備。與PAS6301芯片配套的有一個完整的軟件開發平臺和板級支持包，可以幫助開發者構建一個綜合的ONU解決方案。PAS6301還集成了媒體接入控制(MAC，Medium Access Control)和協議管理功能，包括升級后的IP地址和UDP／TCP高級封包分類引擎(advanced packet classification engine)，一個10／100／1000的以太網用戶接口，以及模數轉換和額外的用于交換管理的10／100以太網接口。

2．2 PAS6301內部模塊介紹

　　由圖3所示，芯片主要分為五大模塊：EPON MAC模塊、封包處理引擎、用戶網接口(UNI，User Network Inter-face)、嵌入式子系統和操作、管理和維護模塊(OMA，Opera-tion，Administration & Maintenance)。各模塊功能如下：

　　(1)MAC模塊

　　EPON接口和MAC提供用于傳輸和接受所需要的所有元件和功能。

　　(2)封包處理引擎模塊

　　EPON的封包處理引擎功能組是作為EPON協議和以太網協議的橋梁，它又分為上行業務流和下行業務流。除了上、下行業務流數據接口之外，它還有一個提供PACKETBUFFER功能的外存儲器接口，以及包括PON隊列和UNI等特殊隊列到CPU的接口。

　　(3)UNI模塊

　　UNI功能組提供一個到交換設備的10／100／1 000 Mbps的以太網連接，采用GMII接口。

　　(4)嵌入式子系統模塊

　　PAS6301子系統功能組監控該設備上的所有喚醒或者管理請求模塊的配置，這也包括監控和維護所有接口的狀態。總的來說，嵌入式子系統模塊監控、執行包括清除緩沖存儲器、計數在內的實時進程，它也執行EPON系統所定義的OAM協議。

　　(5)OMA模塊

　　基于IEEE 802．3ah標準之上，PAS6301提供了針對EPON系統的綜合OAM功能。OAM支持在一個API上被執行，這個API接收以ONU自身MAC地址為目的地址的OAM消息。

3 以太網交換模塊

　　在本次設計中，我們采用Marvell公司的Marvell88E6045。它與PAS6301之間通過GMII接口相連，如圖4。Marvell 88E6045是一個2GE+4FE的以太網交換芯片，它的兩個GE端口分別為包含了串／并轉換接口的Port9和Port1O。串／并轉換接口可以用來連接3倍速度的10／100／1000銅制PHY(Physical layer)設備，1000BASE的光纖模塊或者Marvell的其它交換設備。Port9不支持GMII，所以我們使用可以連接MII或者GMII的 Port10，對Port10端口進行擴展，為用戶提供了4個FE接口和1個GE接口。

4 存儲模塊

4．1 FLASH

　　我們采用S29GL032M90芯片作為Flash存儲器。它采用了0．23μm的MirrorBit技術，接入時間高達 90 ns，讀寫只需要3伏特的電壓。在電壓發生變化時，它的低電壓探測器會自動阻止寫操作以保護硬件數據。FLASH和PAS6301的主要引腳連接如圖5，相關功能包括：RY_NBY引腳對MEM_IRQO輸入CPU中斷信號；A[1：22]接收MEM_AD[1：22]的CPU接口地址信號；CPU通過D [0：15]與MEM_D[0：15]