.25 S " nguyên lý làm vi cb tách sóng pha

Một phần của tài liệu Nghiên cứu và thiết kế bộ chuyển đổi ethernet e1 trên công nghệ fpga (Trang 46)

Hình 2.26 Mơ ph)ng kh i khơi ph#c %nh th&i

Hình trên ta th y r=ng, d$ li u thu 1c t0 symbol thu b=ng kh i Slicer.

Clock khơi ph#c 1c có s &n d ng ch t vào chính gi$a d$ li u.

2.6.2.Kh$i E1_deframe

Kh i E1 deframe thu chu5i d$ li u E1 t!i s &n d ng c.a clock ã 1c

khôi ph#c t0 kh i khôi ph#c %nh th&i, s " kh i b tách kênh E1 1c minh h a

nh hình

Sync and Frame Control

DeMux rd Serial To Parallel

GFP Data 8 Fr_ch_start E1 Data E1 In E1 Clk 8 fr_start Hình 2.27 S " thi t k kh i E1_deframe

D$ li u E1 n i ti p 1c chuy n i thành d$ li u song song 8 bít, sau ó d$

li u song song này 1c a vào kh i "ng b khung xác %nh t0 mã "ng b và %nh th&i khung E1.

46

Kh i "ng b khung E1 (Sync Frame) có l u " thu t tốn nh sau: ,!-. &/ . 0 , 11 0 , 11 0 / , 11 0 , Hình 2.28 Thu t tốn th c hi n "ng b khung E1

Khi phát hi n 1c t0 mã "ng b khung, ngh>a là E1 data có giá tr%

“10011011”, thi t l p c& phát hi n khung lên m+c ‘1’ (frame_det = ‘1’), ng 1c l!i

n u E1_data khác t0 mã "ng b khung thì xóa c& (frame_det = ‘0’).

Ban *u, tr!ng thái c.a h th ng là state[1..0] là 00 và tr!ng thái "ng b là

sync có giá tr% 0, tr!ng thái ti p theo gán state(0) v:i frame_det, do v y khi phát hi n 1c t0 mã "ng b khung thì tr!ng thái h th ng t0 00 s8 chuy n sang 01.

47

Khi tr!ng thái 01, b7t *u t/ng bi n m (cnt) s bít lên 1 n v% theo xung nh%p clock E1, n u cnt có giá tr% 255 (s bít trong m t khung E1) và xung frame_det (xung phát hi n t0 mã "ng b khung ti p theo) cùng th&i i m thì gán tr!ng thái

ti p theo n 11 và xóa b êm cnt v giá tr% 0.

Khi tr!ng thái 11, ti p t#c t/ng bi n cnt và ki m tra xung frame_det t!i cnt b=ng 255, n u hai giá tr% này cùng x(y ra t!i m t th&i i m thì thi t l p tr!ng thái

n 01 và xóa b m v 0.

Tr!ng thái 01là tr!ng thái "ng b , ngh>a là thi t l p sync có giá tr% ‘1’.

tr!ng thái 01 ( "ng b ), ti p t#c ki m tra bi n m cnt và xung frame_det, n u hai

giá tr% này không cùng x(y ra cung m t th&i i m thì t/ng bi n m s l5i lên 1 n v% (error = error + 1), n u khơng x(y ra tr &ng h1p này thì xóa bi n error v 0.

Nh v y, n u x(y ra 3 l5i liên ti p (error = 3) thì thi t l p tr!ng thái h th ng v tr!ng thái ban *u, xóa error v giá tr% 0 và ti n hành tìm ki m và "ng b l!i.

2.6.3.Kh$i Gfp_deframe

Hình 2.29 S " thi t k kh i GFP_deframe

Kh i GFP_deframe bao g"m các kh i ch. y u: Kh i "ng b khung GFP

(Sync GFP frame); kh i Ram (GFPdeframe_RAM – dual Ram), kh i i u khi n ghi b nh: (Write Control signals generator); kh i i u khi n c b nh: (Read Control

48

signals Generator); kh i t!o các byte mào *u c.a khung Ethernet và ghép d$ li u v:i các byte mào *u ó (Ethernet Header và Mux).

D$ li u GFP_Data thu 1c t0 kh i E1_deframe 1c a vào kh i "ng b

khung GFP tách các byte mào *u c.a khung GFP, tính tốn t(i tr ng d$ li u

trên khung GFP và a tín hi u "ng b kích ho!t kh i t!o tín hi u i u khi n

ghi d$ li u sau khi ã tách các byte mào *u vào b nh: Ram.

B t!o tín hi u i u khi n c s8 c/n c+ vào s byte d$ li u Ethernet thu

1c t!o ra các tín hi u i u khi n c d$ li u t0 b nh: Ram, "ng th&i i u

khi n kh i t!o ra các byte mào *u Ethernet và kh i ghép d$ li u Ethernet cùng v:i

các byte mào *u ó. K t qu( là khôi ph#c 1c khung Ethernet ã phát d :i d!ng

các byte n i ti p nhau. Sau ây là thu t toán th c hi n c# th t0ng kh i

2.6.4.Kh$i +ng b khung GFP

D$ li u GFP_Data 1c ghi vào m t thanh ghi d%ch “buff” 4 byte n i ti p,

d$ li u 1c d%ch trái. Th c hi n tính tốn cHEC t0 2 byte Buff(3) và Buff(2) theo

thu t tốn Cyclic, sau ó so sánh cHEC v0a tìm 1c v:i hai byte Buff(1) và

Buff(0). N u hai giá tr% này b=ng nhau thì xác nh n "ng b khung GFP "ng th&i

a ra s byte d$ li u Ethernet trên khung GFP ó t0 hai byte buff(3) và buff(2), ngh>a là eth_cnt = buff(3) & buff(2).

D$ li u mơ ph)ng nh hình sau

Hình 2.30 Mơ ph)ng th c hi n "ng b GFP_Deframe

Ta th y r=ng, lúc *u khi ch a ki m tra 1c t0 mã "ng b c.a khung GFP

thì tr!ng thái “State” là “Hunt”, khi ki m tra úng t0 mã cHec thì tr!ng thái state chuy n sang “presyn”, "ng th&i ch t chi u dài d$ li u Ethernet là gfp_cnth = 70

úng nh d$ li u phát. Mã cHec ti p theo v9n úng và chuy n “state” sang tr!ng thái "ng b “Syn”.

49

2.6.5.Kh$i t&o tín hi u i u khi n ghi RAM

Khi h th ng ã "ng b khung GFP, th c hi n t/ng giá tr% con tr) ghi wpointer lên m t n v%. L u ý r=ng, c*n ph(i có thêm i u ki n eth_cnt khác 0 thì m:i t/ng giá tr% con tr) ghi b i vì n u eth_cnt b=ng 0 thì các byte thu 1c chính là

d$ li u IdleGFP.

Hình 2.31 Mơ ph)ng t!o tín hi u i u khi n ghi RAM

K t qu( mơ ph)ng hình v8 trên ta th y, khi tr!ng thái "ng b GFP 1c

thi t l p thì con tr) ghi wpointer b7t *u t/ng theo m5i byte d$ li u.

2.6.6.Kh$i t&o tín hi u i u khi n "c RAM và óng khung Ethernet

L u " thu t toán nh sau:

Ram empty? (rpointer = wpointer + 1) Counter byte _cnt: 0 to ethernet _len + 19 START Case byte _cnt: 0 to 7 : preamble 8 : SFD

9 to Ethernet _len + 8 : Data

Ethernet _len + 9 to Ethernet _len + 19: IFGs No

If

Byte_cnt = 9 to Ethernet _len + 19 Then

rpointer = rpointer + 1

50

Tr :c tiên ki m tra tr!ng thái c.a b nh: Ram xem có Empty hay không,

ngh>a là ki m tra i u ki n rpointer = wpointer + 1. N u Ram không b% empty, th c hi n t/ng bi n m s byte Ethernet thu 1c, n u bi n m này có giá tr% b=ng s

byte Ethernet c ng v:i 19 byte, ngh>a là i u kiên ethbytecnt = ethlenth + 19 th)a mãn thì kh i ng l!i bi n m. Trong ó, 19 byte có ý ngh>a bao g"m 12 byte idle là kho(ng cách gi$a hai khung Ethernet, 7 byte preamble và 1 byte cho SFD.

N u ethbytecnt có giá tr% t0 0 n 6 thì gán *u ra Eth_8 v:i các byte d$ li u

preamble (01010101),

Ethbytecnt có giá tr% b=ng 7 thì gán d$ li u Eth_8 v:i byte SFD (11010101), Ethbytecnt có giá tr% l:n h n 7 và nh) h n ho<c b=ng ethlength + 6 thì gán Eth_8 v:i d$ li u 1c c ra t0 b nh: RAM

Ethbytecnt có giá tr% t0 ethlength + 7 n ethlength + 19 thì gán Eth_8 v:i d$ li u idle gi$a các khung Ethernet.

Khi Ram không b% empty và ethbytecnt n=m trong kho(ng t0 8 n ethlength + 7 thì th c hi n t/ng d*n con tr) c rpointer.

51

Hình 2.33 Mơ ph)ng t!o tín hi u c Ram và óng khung Ethernet a, Mô ph)ng giai o!n b7t *u khung a, Mô ph)ng giai o!n b7t *u khung

b, Mô ph)ng giai o!n k t thúc khung

2.6.7.Kh$i chuy n i d) li u 8 bít thành chu-n MII

D$ li u 8 bít song song 1c chuy n thành các nible n i ti p theo quy lu t, 4

bít th p chuy n i tr :c và 4 bít cao chuy n i sau.

a

52

Hình 2.34 Mơ ph)ng th c hi n chuy n i 8 bít thành nible 4 bit

2.7. K t qu mô ph.ng h th$ng

D$ li u mô ph)ng *u vào h th ng g"m có: D$ li u Ethernet rxd_4, rxclk_4(25 Mhz) và rxdv_4 1c a vào liên t#c, kho(ng cách gi$a các gói Ethernet là 12 bytes (t ng +ng v:i 48 chu k2 rxclk_4). Clock PDH a vào có t c

TxE1clk = 2.048 Mhz.

Th c hi n loopback d$ li u DataE1, Clock txclk_4 (25 Mhz) cho ph*n thu. Ta thu 1c d$ li u *u ra h th ng g"m: txen_4, txd_4, cùng v:i txclk_4 (25 Mhz)

a vào.

So sánh d$ li u Ethernet phát và thu ta th y hoàn toàn gi ng nhau, tuy nhiên t c gói Ethernet thu 1c nh) h n t c Ethernet phát vào. i u này theo tính

53

54

Chư ng 3. K T QU VÀ ÁNH GIÁ 3.1 S + kh$i và thi t k ph/n c ng

3.1.1 S + kh$i

Trong s " trên, ph*n c+ng 1c thi t k cho c( chi u thu và chi u phát.

chi u phát, d$ li u d!ng IP (ví d# nh t0 máy tính ho<c m t thi t b% nào ó s, d#ng giao di n IP) 1c a vào qua gi7c RJ45 (lo!i HR911105A c.a hãng Hanrun) qua

IC giao ti p v t lý DM9161A 1c chuy n thành d$ li u d!ng s (mã hóa NRZ), d$

li u s này giao ti p v:i chip FPGA b=ng giao di n theo chu'n MII (Media Independent Interface) ho<c RMII ( ây, s, d#ng giao di n MII). Trong chip FPGA, d$ li u 1c lo!i b) ph*n header c.a gói IP và óng gói theo chu'n GFP,

sau ó 1c óng khung E1 và a vào IC giao ti p lu"ng E1 (DS32384T). D$ li u

sau IC giao ti p E1 1c a vào bi n áp lu"ng T1094NL ch-nh s,a d!ng xung

HDB3 và a ra giao ti p v:i &ng dây. chi u thu, quá trình 1c th c hi n

ng 1c l!i, d$ li u d!ng HDB3 t0 &ng dây (lu"ng E1) qua bi n áp lu"ng vào IC

giao ti p lu"ng E1 bi n i thành d!ng s (mã hóa NRZ). Sau ó, d$ li u s 1c

a vào chip FPGA x, lý E1_deframe, GFP deframe sau ó a vào IC giao ti p v t lý thành d$ li u IP và cu i cùng a ra gi7c RJ45 có tích h1p bi n áp giao ti p v:i thi t b% *u cu i IP.

55

3.1.2 S + nguyên lý

Hình 3.2 S " nguyên lý t ng quát

3.1.2.1 M&ch giao ti p lu+ng E1 (LIU)

56

M!ch s, d#ng IC giao ti p lu"ng E1 c.a hãng DALLAS và 1c c u hình

làm vi c ch c+ng. IC này có ch+c n/ng chuy n i tín hi u lu"ng E1 t0 HDB3 sang NRZ và ng 1c l!i, "ng th&i khôi ph#c th c hi n khôi ph#c "ng h" và

t!o xung nh%p cho các kh i ti p theo. Bi n áp lu"ng T1094NL dùng giao ti p v:i

&ng dây, s, d#ng *u n i là gi7c RJ45.

3.1.2.2 M&ch FPGA th!c hi n óng khung và gi i óng khung GPF, E1

Hình 3.4 S " nguyên lý m!ch FPGA

M!ch FPGA th c hi n vi c óng khung và gi(i óng khung GFP và E1. M!ch s, d#ng IC XC3S500E c.a hãng Xilinx. Ngồi ra cịn có ph*n c p ngu"n, b nh: EEPROM l u ch ng trình và b dao ng chu'n t!o xung nh%p 2,048MHz c p cho các kh i.

57

3.1.2.3 M&ch giao ti p v(i /u cu$i IP

M!ch s, d#ng IC thu phát Ethernet l:p v t lý DM9161A c.a hãng DaviCom. ây là IC thu phát Ethernet l:p v t lý s, d#ng i n áp th p 3,3V dùng cho t c 100BASE-TX và 10BASE-T. phía &ng dây analog, IC này cung c p giao di n

s, d#ng cáp xo7n UTP5(Unshielded Twisted Pair Category 5) cho t c 100BASE-TX ho<c UTP5/UTP3 cho t c 10BASE-T. Phía cịn l!i, IC DM9161A cung c p giao di n MII k t n i v:i chip FPGA, c;ng là k t n i gi$a l:p MAC và l:p v t lý.

Hình 3.5 S " nguyên lý m!ch thu phát Ethernet

IC này ph(i n i v:i m t bi n áp &ng dây tr :c khi n i vào gi7c RJ45,

m!ch hình 3.4 s, d#ng gi7c HR911105A có tích h1p s?n bi n áp bên trong. Ngoài ra c;ng c*n ph(i cung c p xung "ng h" 25MHz cho IC DM9161A ho!t ng ch

MII. Chú ý IC DM9161A c;ng có th ho!t ng ch RMII v:i xung "ng

58

3.1.2.4 M&ch ngu+n

Hình 3.6 S " nguyên lý m!ch ngu"n

M!ch ngu"n s, d#ng *u vào 5VDC (qua adapter), qua IC FAN1086 bi n

i thành i n áp 3,3VDC, qua IC LF25CDT bi n i thành 2,5VDC . i n áp 3,3VDC l!i 1c bi n i qua IC FAN1112D t!o ra i n áp 1,2VDC. C( 3

m+c i n áp này cung c p cho toàn b IC và các LED hi n th% trên b(ng m!ch ho!t ng.

3.1.2.5 M&ch in PCB

59

3.1.2.6 M&ch l p ráp hoàn ch0nh

Hình 3.8 M!ch l7p ráp hồn ch-nh

Sau khi thi t k xong ph*n c+ng, ph*n m m và chu'n b% linh ki n, b(ng m!ch 1c l7p ráp, n!p ph*n m m và hi u ch-nh. Hình 3.5 mơ t( b(ng m!ch ph*n

c+ng sau khi ã thi t k l7p ráp hoàn ch-nh.

Gi7c J1 là gi7c ngu"n 5VDC *u vào c p ngu"n cho b(ng m!ch.

Gi7c J2 là gi7c dùng cho *u cu i IP s, d#ng *u RJ45 c.a Hanrun lo!i

HR911105A (s, d#ng các chân 1,2; 3,6).

Gi7c J3 c;ng là gi7c RJ45 nh ng s, d#ng cho giao di n lu"ng E1 chu'n G.703 (s, d#ng các chân 1,2; 4,5).

B n èn LED dùng ch- th% tr!ng thái ho!t ng c.a m!ch. Led L1: èn báo ngu"n Power.

Led L2: èn LOS báo hi u m t "ng b lu"ng E1 (sáng là m t "ng b , t7t

là "ng b ).

Led L3: èn LOF báo m t khung E1 (sáng là m t "ng b , t7t là "ng b ).

Led L4: không dùng. J1 J2 J3 L1 L2 L3 L4

60

3.2 K t qu th1 nghi m trên m&ch hoàn ch0nh 3.2.1 Mơ hình th1 nghi m th!c t

Hình 3.9 Mơ hình th, nghi m th c t

Mơ hình ki m tra 1c mơ t( trên hình 3.6. Chúng ta có 2 b chuy n i Ethernet-E1 1c n i qua tuy n truy n d9n E1 (PDH - giao di n G.703), *u cu i

ng &i dùng ( *u g*n) s, d#ng m t máy tính n i vào gi7c RJ45 c.a thi t b% chuy n

i, *u xa n i vào m t máy tính khác ho<c n i vào m!ng IP (ví d# nh m!ng

Internet). Chúng ta có th ki m tra tuy n k t n i b=ng cách k t n i gi$a 2 máy tính (ki m tra b=ng l nh ping), ho<c dùng máy tính *u g*n truy c p Internet, ki m

tra b/ng thông b=ng cách truy c p vào trang www.speedtest.net....

3.2.2 K t lu n và ki n ngh,

Lu n v/n ã !t 1c m#c ích là thi t k 1c b chuy n i Ethernet – E1

th c hi n trên công ngh FPGA, áp +ng 1c yêu c*u s, d#ng *u cu i IP trên n n

h! t*ng PDH.

Lu n v/n ã nghiên c+u lý thuy t v c u trúc m!ng truy n d9n PDH, lý thuy t v c u trúc m!ng Ethernet và ph ng pháp bi n i Ethernet-E1. Ngoài ra, lu n v/n c;ng ã +ng d#ng các thu t toán x, lý s hi n !i nh k thu t x, lý a

t c , k thu t óng khung, gi(i óng khung, vịng khóa pha s DPLL, thu t toán ghi và c d$ li u không "ng b , thu t tốn khơi ph#c xung "ng h" %nh th&i t0

d$ li u …trên n n chip kh( trình FPGA s, d#ng ngôn ng$ miêu t( ph*n c+ng VHDL vào thi t k th c t cho ra &i 1c s(n ph'm.

61

Lu n v/n ã hoàn thành 1c các m#c tiêu và n i dung ch. y u ã ra. Sau

khi hồn thành lu n v/n, b(n thân tơi c;ng ã làm ch. 1c các công c# thi t k

nh ph*n m m thi t k m!ch Altium, gói cơng c# ISE c.a Xilinx dùng ngơn ng$ l p trình VHDL l p trình cho chip kh( trình FPGA , có th +ng d#ng vào th c t cho các bài toán khác.

Do th&i gian th c hi n lu n v/n ng7n và c;ng do trình c.a b(n thân còn h!n ch cho nên trong khuôn kh lu n v/n này, tôi m:i nghiên c+u 1c ph ng

pháp óng khung d$ li u Ethernet trên n n khung E1 (chu'n PCM31) theo c u trúc khung truy n d9n PDH. Trên c s ó, chúng ta có th phát tri n thêm các ph ng pháp óng khung d$ li u Ethernet trên n n khung truy n d9n PDH v:i t c khác

Một phần của tài liệu Nghiên cứu và thiết kế bộ chuyển đổi ethernet e1 trên công nghệ fpga (Trang 46)