10 G EPON系统ONU下行数据发送接口模块设计

摘 要：随着三网融合技术的发展，EPON系统正以其低成本、高带宽等优点成为接入网的主流技术之一。文章提出了一种10 G EPON系统ONU下行方向数据发送接口的设计方案，在简要介绍数据发送接口总体结构的基础上，详细分析了各个子模块的设计思路，重点阐述了接口电路的数据路由及数据格式转换的方法和思路。

关键词：10 G EPON；接口；路由；帧信息头

中图分类号：TN46 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）11-0007-02

10 G EPON技术是在三网融合对网络带宽要求急剧增加的背景下发展起来的，10 G EPON系统不仅支持最新发展而来的10 G带宽的局端，同时支持原有的1 G带宽和2.5 G带宽局端，从而实现了系统的前向兼容和后向兼容。本文旨在设计一个同时支持上述三种网络传输带宽的ONU用户侧下行数据发送接口，该接口能够实现来自ONU MAC的数据向用户侧发送的路由和格式变换功能。

1 功能描述

下行数据发送接口根据TRUNK端口模式配置，将来自MAC的数据发送到对应的用户侧。TRUNK模式与用户侧端口的对应关系如下：

①TRUNK模式为0时，用户侧对应GE端口。

②TRUNK模式为1时，用户侧对应SGMII端口。

③用户侧对应XAUI端口。

发往用户侧的数据都要剔除帧信息头，并依据不同的端口变换相应的数据传输格式，特别是对发送往GE端口和SGMII接口的数据，要进行时钟域同步和数据缓存，这里采用异步FIFO实现数据的时钟域同步功能和数据缓存功能。

下行数据发送接口模块主要由状态机控制子模块，数据发送请求子模块，异步FIFO读写控制子模块，XAUI接口数据发送控制子模块4个子模块组成，其结构框图如图1所示。

2 下行数据发送接口子模块设计

2.1 状态机控制模块

状态机控制模块主要作用是生成状态控制信号，控制接口电路的数据接收与发送。初始时刻，状态机处于空闲状态，当收到MAC发送来的数据发送指示时，状态机跳转到数据发送状态，当接收到数据帧的帧尾时，状态机重新跳转到空闲状态。

2.2 数据发送请求模块

数据发送请求子模块主要功能是生成数据发送请求信号，用于指示ONU MAC发送数据帧。数据发送请求信号的伪码描述如下：

{系统复位时，数据发送请求信号处于无效状态。

IF（用户侧端口为GE端口，即TRUNK模式为0时）

IF（当前状态为空闲状态，GE FIFO空且用户侧的流控制帧处于无效状态时）

数据发送请求信号有效。

ELSE IF（控制逻辑的数据发送应答信号有效）

数据发送请求信号无效。

ELSE

数据发送请求信号状态保持不变。

ELSE IF （用户侧端口为SGMII接口，即TRUNK模式为1时）

IF（当前状态为空闲状态且SGMII端口 FIFO为空）

数据发送请求信号有效。

ELSE IF（DGF2DTC_ACK有效）

数据发送请求信号无效。

ELSE

数据发送请求信号状态保持不变。

ELSE IF （用户侧端口为XAUI接口）

IF（数据帧发送完毕）

数据发送请求信号有效。

ELSE IF（开始发送数据帧）

数据发送请求信号无效。

ELSE

数据发送请求信号状态保持不变。

ELSE

数据发送请求信号无效。}

2.3 XAUI接口数据发送控制模块

TRUNK值为2时，XAUI接口数据发送控制模块读取缓存数据，变换数据格式并生成相应控制信号后发送给XAUI接口模块。原64位数据信号在XAUI接口数据发送控制模块里被分成了4组，每组包含16位数据和新生成的2位字节有效指示信号，其中2位字节信号指示16位数据信号的字节有效指示。

2.4 异步FIFO读写控制模块

异步FIFO读写控制模块主要功能是数据读数据逻辑和写数据逻辑。当接收到MAC发送来的数据帧时，如果TRUNK模式配置值为0或1时，将数据写入相应的异步FIFO。当数据发送请求信号有效时，从对应的异步FIFO读取数据发送往用户侧。从GE端口对应的缓存异步FIFO和SGMII端口对应的缓存异步FIFO读取数据的逻辑设计方法基本，不同的是发送往用户侧的数据的格式分别是GE和SGMII格式。前者数据传输的位宽是8位，每从64位位宽的异步FIFO中读取一次数据需要8个时钟周期发送出去，控制信号包括帧头、帧尾指示信号，数据有效指示信号。后者数据传输的位宽是32位，每个时钟周期传输4个字节的数据，控制信号中要有数据有效指示信号，以在最后1拍数据传输时定位帧尾字节的位置。

SGMII接口读数据模块通过状态机控制逻辑从SGMII异步FIFO中读取数据帧，剔除帧信息头后，将原来的64位宽的数据变换为32位后发送到SGMII接口。

读取数据帧状态机由四个状态组成，分别为：①空闲状态：不需读取数据状态；②读取帧信息头状态：当当前状态为空闲状态，异步FIFO非空时，状态机跳转到读取帧信息头状态。异步FIFO空满由空指示信号标志，当检测到空满指示信号的下降沿时，表示可以从异步FIFO中读取数据帧。图2所示为SGMII FIFO空指示信号SGEMPTY下降沿检测电路逻辑电路图，当检测到SGEMPTY_NEG信号的一个高电平脉冲时，即检测到SGEMPTY信号的一个下降沿。读取帧信息头时，数据处理逻辑从读取的数据帧中剔除帧信息头并将数据帧余下的数据发送往用户侧，同时从帧信息头中提取出帧长信息用以置位帧长计数器。帧长计数器主要用于标志当前读取的数据在数据帧中的位置，供读数据控制逻辑使用。发送往用户侧的数据以帧为单位，数据帧数据之间必须连续发送，因此需要用帧长计数器进行标志，以控制数据读取。

3 结 语

本文针对10 G EPON系统ONU用户侧下行方向数据发送接口提出了一种设计方案，并使用VERILOG语言进行了描述，编写TESTBENCH对RTL电路进行了验证，仿真结果表明设计方案较好的实现了ONU用户侧下行方向数据发送接口的路由和数据格式变换功能。

参考文献：

[1] 尧昱，张静，王允，等.10 G EPON技术及应用方案研究[J].光通信技术，2011，（11）.

[2] 朱华伟.10G EPON系统ONU交换模块设计[D].成都：电子科技大学，2010.

[3] 伯杰龙.SYSTEM VERILOG验证方法学[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.

[4] 克里斯·斯皮尔著（美）.张春，麦宋平，赵益新（译）.SYSTEM VERILOG验证：测试平台编写指南[M].北京：科学出版社，2009.