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DM9000A在GPON系统ONU端应用_图文


诗 蟪 

D 00 M9 0 A在 GP ON系统 ON U端应用 
高杰灿 , 宏 , 彭 曾江波 
( 江 工业大 学 信 息工 程学 院 , 浙 杭州 3 0 1   1 0 4)

摘要:提 出了一种在 GO ( PN 吉比特 无源光网络 )系统 OU ( 网络用户单元 )端采用 FG 直接控制 N 光 PA  
D 9 0A进行 以 太 网数据 收发 的 方法 。介 绍 了 D 9 0A的工作 原 理 ,给 出 了该 芯 片与 C co eI M 00 M 00 y ln  系列  I
FG P A的硬件 连接 方法 、 软件 的初 始化 和数 据 收发控 制 流程 。  
关 键 词 : P N; M9 O A;P A G O D OO F G  

中图分 类号 :N 2.1 文 献标识 码 :  文章 编号 :02 5 6 ( 0)10 5 —4 T 9 91  A 10 — 5 1 0 81— 0 10  2

Th   p l a i   fDM9 0 A n GP e a pi t c on o  0 0 i  ON- ONU  
GA O i—alP NG  o g, ENG in - o Je c r, E H n Z Ja g b  

(hj n   iesyo eh oo yC l g f Z ei g v ri  f cn lg  ol e   a Un t T e o
Ifr t nE gneig, n zo  10 C ia nomai  n ier Hagh u3    ,hn) o n   1 0 4  
Ab ta t hsp p r rp sd a   e m eh du e     eGP s r c: i  a e  o o e  n n w  to   sd i t   ON— T p n h ONU  a  i cl o toe   eDM 9 0 A  t t r t c nr ldt   h d e y h 00
t  e d a d r c i eEt e n t a awi   P o s n   n  e ev   h r e   t  t F GA. ti t d c dt e wo k n   r cp e o   eDM 9 0 A,r s n e   d h I n r u e  h   r i gp i i l  ft     o n h 0 0 p e e td

ameh d frc n e t gt ec i n   y ln  I P   t o  o o n ci    hp a d C co eI F GA ,ie   ei iaiain a dtep o e so   e g ig n h   gv n t  nt l t  n     r c s  f sn dn   h i z o h
a drc ii   t. n  e e vngdaa 

K yw rs gg bt O GP N) M9 0 A;ldpo rmma l gt a a (P A) e   o d : ia iP N( O ;   D 0 0 fe  rga i be a  r yF G     e r

1引言 
近 年来 .随着互 联 网的快 速发 展和 个人 电脑 的普 
及 . t n t 据 流 的 激 增 加 剧 了接 入 部 分 的 容 量 限  I e e数 nr

端 对 以太 网数据 收发 要求 .本文 提 出了采 用 F G P A直  接 控 制 D 00 M9 0 A进 行 以太 网数 据 收 发 的设 计 思 想 .  
采 用 C e n  yl g1 列 E 2 5 2 F G 和 D 0 0 芯  o /系 P C 0  P A M9 0 A

制 。为 了解 决带 宽限 制 . 供 高 比特 速 率 、 提 高效率 和低 
成 本 的网络介 入 .S N F lS rie e esN tok 组  F A (ul evcA c s ew r1    

片 , 现 了一 种 低成本 . 功耗 和 高速率 的 网络 传输 平  实 低 台 , 高传输 速率 可达 1 0 /。 最 0 Mbs 

织 于 20 0 2年 9月 推 出 了 G O  G gbt O ) 决方  P N f ia iP N 解   案  作 为光 接人 网 最新 技 术 的 G O 网 络 能更 好 地  PN

2 GE 对 以太 网数 据 封装 【   M 1 】  
G M 对 以太 网封装 如 图 l 示 当以太 网被 映射  E 所 到 G M 帧时 ,以太 网帧 的前 缀 、 F E F将 被 抛弃  E S D、 O
所 以在 O U端 上 行 方 向 F G 将 从 D 0 0 N PA M9 0 A接 收  到 的数据 以 G M 净荷 形 式 封装 成 G M 帧 . E E 而下 行方 

满 足用 户 要 求 。它通 过 为 用 户 提 供 千 兆 比特 的带 宽 ,   高 效 的 I 、D 承 载 模 式 将 成 为 m ’   H 领 域 中  PT M BⅥ /
更 为完善 的解决 方 案.同时也 是 网络 技术 领 域 中 的一 

大热 点和 高利 润增 长点 .因而有 望成 为下 一代 网络 系  统 主要 的接 入技 术  G O 系统 制定 了专 用 传输 格 式  PN

向 从 G M 帧 解 出 的净 荷 数 据 可 直 接 传 到 D o 0   E M9 0 A
发送 端 
以 太 网帧 
I tr a k t a   n e  c e  p p g P e mb e r a l 

G M. E 它可 以实现 多 种数 据 的 简单 、 高效 的适 配封 装 ,  
将变 产或定 长 的数据 分组 进行 统一 适 配处 理 .并提 供  复用端 口  当 G O P N承载 I 务 时 . O U端必 须提  P业 在 N 供 以太 网芯 片将 由从 G M 帧 中恢 复 的数 据 组 成 以太  E
网帧格 式 . 然后 发 送 到用户 侧 。 根据 G O P N系统 O U N  
收 稿 日期 :0 8 0 — 3  20 — 7 2 。 基 金 项 目 : 省 光 纤 通 信 技 术 重 点 研 究 实 验 项 目( 0 E 0 1) 助 。 浙江 2 5 10 8资 0  

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M AC c i c a a  l n   t e d  
F   CS

作 者 简 介 : 杰 灿 (9 2 , , 士 研 究 生 , 究 方 向 为 光 纤 通 信 网 络  高 1 8一)男 硕 研
技术。   图 1GE 对 以太 网封 装    M

鑫 

拳 

3 DM9 0 A 简 介    00
() 1主要 特点 D 0 0 M9 0 A实现 以太 网媒 体介 质访 问 
层f C和物理 层fH 1 MA 、 P Y 的功 能, 包括 MA C数 据帧 的组  装/ 拆分 与收 发 、地址 识 别 、 R C C编码/ 验 、 T 3编  校 ML 一 码器 、 收噪声 抑制 、 出脉 冲成形 、 接 输 超时 重传 、 路完  链

总 线直接 与 F G P A无缝 连接 .其硬 件连 接原 理如 图 3   所示。   42初始 化模块[ _ 3 l  

D 00 M9 0 A正 常 ] 作 需 要在 上 电后 对 内部 寄存 器  二 进 行 初始 化 .该 过 程通 过 F G P A对 D 0 0 外部 控  M9 0 A

整性测 试 、 号极性 检测 与纠正等 。 信  
() 作原 理嘲 D 0 0 可 以和 微处 理器 以 8位  2工 M9 0 A

制总线 和数据 总线 的读写操 作完成 . 具体 流程 如下 
() 活 PI  1激 I - Y

或 1 位 的总线 方式 连接  可根据 需要 以单工或 全双  6 并
T等模 式运行  在 系统上 电时 .处 理器通 过总线 配 置 

设 置 G R R G 1 )E I 0 i0= ; P (E _  C PO bt 】0  F [ 复位后 。 M 0 0 D 9 0 A恢 复默认 的休 眠状态 .以降低 
功耗 . 因此需要 首先 唤醒 P Y。 H  

D 9 0 A 内的 网络 控 制 寄存 器 f C ) M 00 N R 、中断 寄 存 器 
f R 等 以完成 D 9 0 A 的初 始化 。 后 D 0 0 进  I ) S M 00 随 M9 0 A 人数据 收发 等待状态  当处理 器要 向以太 网发送数 据帧 时 .先将 数据 打  包成 U P或 I D P数据包 。 并通 过 8位 或 l 6位总 线逐 字  节发 送到 D 0 0 的数 据发 送缓 存 中 .然后将 数 据  M9 0 A 长度 等信 息填 充到 D 0 0 的相 应寄 存器 内 。发送  M9 0 A

( 进行两次软复位, 2 ) 步骤如下:  
设 置 N R R G 0 )i2 ]0 , 少保持 2 t : C (E _ 0bt : = 1 至 [0 l 0s t  清除 N R R G 0 )i2 ]O 0  C (E _ 0bt : = 0 : [0
设 置 N R R G O )i2 ]0 , 少保持 2 p : C (E _ 0bt : = 1 至 [0 1 0 ̄   s

清除 NC (E _ 0bt :]0 0 RR G 0)i20=0  [

( 配置 NR 3 ) C 寄存器 
设 置 N R R G 0 )i21 0 ; C (E   0bt :] 0 配置 为正常 模式 。 [ =  
通 过 改 变该 寄存 器 可 以选 择 设 置 内部 或 者外 部  P Y、 双工或 者半 双工模式 、 H 全 使能 唤醒 事件 等 网络操  作。  

使能命 令 . M9 0 A将 缓存 的数 据 和数据 帧信 息进 行  D 00
MA C组帧 . 发送 出去  并 当 D 0 0 接 收 到外部 网 络送来 的 以太 网数 据  M9 0 A 时. 首先检 测数据 帧 的合 法性 , 如果 帧头标 志有误或 存  在 C C验错 误 . 将该 帧数 据 丢弃 . R 则 否则 将 数据 帧 缓  存 到 内部 R M .并 通过 中断标 志位 通知 处理 器处 理  A

(股 置 P Y哥存 器  4 H
设置 寄存器 B C O 8 0 M R= x0 0以重 置 P Y H  设 置 寄 存 器 A A = x 5 1以 开启 P N R 00E HY发 送 全  双工 和流量 控制 功能  设 置 寄存 器 B R = x 2 0以开 启 P Y 的 自动协 商  MC 0  0 1 H 功能。  

器 收 到 中 断后 将 D 0 0 M9 0 A接 收 R M 的数 据 读 出进  A
行处 理 。  

D 0 0 自动检测 网络连 接情 况 . M9 0 A 根据 网速设 定  内 部 的数 据 收 发 速 率 是 1 Mbs或 1 0 / 同 时 . 0 / 0 Mbs     D 00 M9 0 A还 能根据 R 4 J5接 口是 采用 对等 还是交 叉连  接 方式而 改变数 据收发 引脚 的方 向  因此 . 无论外部 网  

(存储 M C地址到 网卡 中 5 ) A  
将4 8位 MA C地 址 依 次 写 入 寄 存 器 P R( E   A RG
1一 E _ 5 。 0 R G 1 ) 

线 采用对 等还是 交叉方式 系统 均能正 常通 信 

( 清除发送状态 6 )   4 总体 设计 方案 
FG P A总体设 计 包括 D 9 0 A初 始 化模 块设 计 、 M 00   接收模 块 和 发送模 块 设计 以及 D 0 0 与 F G 的  M9 0 A PA 硬件连 接 。该 方案设计 框 图如 图 2所示 。  
41D 0 0 与 F GA的硬 件连接  . M9 0 A   P

设置 N R R G 0 )i5= bt 】 1 i2= ; S ( E 一  bt ]1i3=  t ] l 1 [ [ b[  

设 置 I 寄存  ̄ ( E F )A   i7= , MR R G FP R bt ] 1 以启 用  [


R / X FF S A 读/ X T   IO R M 写地 址指 针 自动返 回功 能 :   通过 I MR寄存  ̄( E F )R   i0/ T i 1, R G FP M b []P Mbt 】 t [  
_

F GA  P

DM9 0 A 0 0  

D 0 0 的外部 总线符合 IA标 准 。可通过 IA M9 0 A S S 

S D0. 5 1 

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0 RES T  E N丁  

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图 2 F GA 总体 设 计   P
1 川       jl I。

图 3 D 0 0 与 F GA的 硬 件 连接    M9 0 A P

疆  鲶 
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hj 彭  : 曾 ‘ I 10 0、 『 , ,  1皮: \9 0  {(I h  统 (、   嵩 ; )  , ( )I  


对 R / X 中断 使能  如果 需 要 在 一个 数 据 帧 发送 完  XT 后 产 生一 个 中断 , 应 该 将 P M bt ] 1 如果 需 要  就 T   i 1置 . [
在接 收 到一 帧新 数据 时 产 生一个 中断 . 应该 将 P M  就 R bt ] 1  i1 ̄ 。 [

存 器 N RR G 0 ) bt ) S (E 1@ i1 ̄ (
_

高 电平 . 即可 开始 帧 I I  

的发送 。依 此类 推 .下面 发送 的帧 将会继 续 编号 为帧  I帧 I、 I帧 I……按 照 同样 的方式 发送  、 I帧 、 I

如果 FG P A将 中断 屏 蔽 寄存 器 I  R G F ) MR f E   F的 
bt1 为 高 电平 . 么 发送 完 毕 后 . M9 0 A将会 产  i ] [ ̄ 那 D 00

( 置 RR 7 股 C 寄存器和使能数据接 收功能 
通 过 以 上 步 骤 .可 以 通 过 L D 指 示 灯 观 测 到  E D 0O M9 O A是 否 已成 功 初始 化 
43数 据发 送模 块  .

生 一 个 指 示 发 送 完 成 的 中断 信 号  在 发 送 过 程 中 .   FG P A可 以查 询寄 存 器标 志 位 寄存 器 N R R G 0 1 S ( E   1中  的 T E D bt ) 者 T E D bt 1得 到 数 据 帧 的  X1 N   i2或 ( X2 N   i 3 . (
发送 状态 

D 9 O A 中的 发送 缓 冲 区可 以 同时 存储 两 帧 数  M 00 据 . 照 先后 顺 序命 名 为 帧 I 按 和帧 I D 0 O 上 电  I M9 O A   初 始化后 . 送缓 存 区的起 始地 址是 0 H. 发 0 当前 数 据 帧 

发 送 流 程 . 存 器 IR 中 的 P S标 志 位 是 发 送  寄 S T 中断标 志 位 , 当一 帧数 据 发送 完 毕 ,T = .P A检 测  PS0FC

编 号 为 帧 I 两 帧 数 据 的 状 态 控 制 字 分 别 记 录 在   
D 00 M9 0 A的状 态 寄存 器 0 H 和 0 H 中  发 送 过程 如  3 4
下。  

到该 标 志后 , 清除标 志 位 以便 发送 新 的数据 帧  里  应 这
需要 注 意 的是 , F F 向 C、 D所写 的 帧长 度应 该包 含 目的  MA C地址 段 、 MA 源 C地 址段 和有 效数 据 的总长 度 
图 5是 D 0 0 发 送 长 度 为 l M9 0 A 8字 节 的数 据 仿 

首 先 .P A 利 用 写 操 作 寄 存 器 MWC FG MD( E   RG F 1向 D 0 0 8 M9 0 A的发 送缓存 区 中写 入 发送 数据 帧 , 即  需要 先 写入 6字节 的 目的 MA C地 址 .再 写入 6字 节  的源 MA C地 址 . 最后 再写 入发 送数 据 。 后 ,P A利  然 FG

真 图 。首先 屏蔽 中断 , 后接 收 l 然 2字节 的 MA C地 址 ,   最后 再 接 收 1 8字节 数据 ( 包括 2字节 长 的长 度/ 型  类

数据 ) .由于我 们 将 D 0 O M9 O A设 置 为 l 数 据 有效  6位
位 .所 以 图 5的 0 a D t 出变 为 长度 为 l a输 5的 l 6位数 

用 写操 作寄 存器 MWC ( E F ) MD R G— 8将数 据 帧长 度写 入  寄存 器 F H 和 F H. 据 长 度 为 l C D 数 6位 . 高 8位 写  将
入 寄存 器 F H, 8位 写入 寄存器 F H。最后 ,P A C 低 D FG  

据 。即低 8位 写人 寄存 器 F H 为 I (6进制 ) D E1  

将 发送 控制 寄存 器 T RR G O ) bt ] C (E   2 的 i 1 ̄为 高 电平 。 [  
向D 0 0 M9 0 A发 出发 送数 据 指 令  D 0 0 M9 0 A会 自动做 


些处理 才将 数据 发往 以太 网 . 包括 : 入报 头和 帧起  插

始 分隔符 : 入来 自上 层协议 的数据 , 果数 据量 小于  插 如 6 4字 节 . 自动 补齐 6 则 4字 节 : 据 目标地 址 、 地 址 、 根 源   长度/ 型和数 据产 牛 C C校 验序 列 .并插 入 校 验序  类 R

列 位  这 些 处 理 都 无 需 F G 干 预 。处 理 完 毕 后 , PA  
D 0 O 即开始 发送 帧 I在 帧 I M9 O A . 发送 的 同时 . I 帧 I的 

数据 即可 写入发 送 缓存 区 。 I 帧 发送 完后 . 帧 I 的数  将 I
据 长度 写入 寄 存 器 F H 和 F H.最 后 将 发送 控 制 寄  C D
图 4发 送 流程 图 

pp   嚣 8 .  ̄  I.。 t  2 0P n  3" o n 4 0P n   4 0P n 5 0 P n   09 t " t S 6 1l O0 ' t S 4   s 2     0   鸳 8     6   蒜 0
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0 0 0 0 0  0000  ̄

图 5发 送 模 块 仿 真 图 
~ — — 一   一   ~ ~ . . . .  

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01  X塑  0o 3 X   . X   X 垒X0 1      0 0X
图 6接 收 模块 仿 真 图  

00  00
12  51

IR 的 P S位将 被置 为 0 S R :如果 检测 到 P S 0 R = .清除  P SFG R .P A开始读 接收缓 存 区数据  如果 第一 字节是 
N  

P = ? RS O  

0 H. 说 明有 数 据 .0 说 明 无数 据 , 1 则 0H 否则 要 进 行 复 

位; 根据 获取 的长 度信 息 , 断是否 读完 一帧 , 判 如果读 
完, 接着 读下 一帧 , 直到 遇到 首字 节是 O H 的 帧 . 明  O 说
开始读数据 帧 
N 

接 收数据 已读 完  F G P A可 以重新 查 看 中断状 态寄存  器. 等待新 的有效 数据 帧  图 6是 D 9 0 A接 收长 度 为 l M 00 6字 节 数 据 时 的 

±∑  
读 帧状 态和长度 

仿 真 图 仿 真过 程是先 屏蔽 中断 .   然后 开始接 收首部数 
据。 最后接 收有效 数据 。 图中输 人数 据为 l 6字节 。 由于 

我 们将 D 0 0 M9 0 A设 置为 l 数据有 效位 .所 以图 6 6位  
Y  

帧数 据读 完?  

的 o eun au 出变 为长度 为 8的 l R trV le输 6位数 据 

图 7 接 收 流 程 图 

5结 束 语 
本 文对 以太 网控 制 器 D 9 o A 的原 理和 功能 进  M O0

44数 据接收模 块  .

D 0 0 中的接 收缓存 区是 一个 环形 结构 . M9 0 A 初始 

行 介绍 .并结合 了 G O P N项 目使 用 F G P A设计 实 现 了  
10 以太 网控 制 器 。设 计 思路 新颖 . 0M 硬件 连接 简单 .  

化后 的起 始地址 为 0 0 H. 帧数 据都 有 4字 节长 的  C0 每 首部 , 后是有效 数据 和 C C校 验序列 。首部 4字节  然 R
依次是 0 H、 1 状态 、 长度低 字节 和长度 高字节 
441首 部 4字节含 义I .. 司  

整体 系统 功耗 小 、 体积 小 、 运行 稳定  将 D 9 0 A应  M 00 用在 G O P N系统 O U端 .很好 地实 现 了用户 I N P数据 
的宽带 接入 . 现代光 纤接入 系统 中有广 阔应用前 景  在
参考 文献 :  
【】Itrao a T l o 1 nent n l ee mmu iao   no . O Ta s sincn e— i   c nct n U inGP N  rnmi o  o vr i s   gn el e  eict n( 9 43[】 A: tra oa eeo ec  yr pcf ai G.8 .) . a s i o S US I e t n l lcmmuia  nn i T nc-
to   in2 0 . inUno ,0 4 

◆第 一 个 字 节 用来 检 测 接 收 缓 存 区中 是否 有 数  据, 如果 这个 字节 是 0 H, 明接 收到 了数 据 : 1 表 如果 为  O H, O 则说 明没有 数据 。但是 . 如果 第一个 字 节 既不是  0 H也 不 是 0 H.那 么 D 9 0 A就 必 须做 一 次 软 复  1 0 M 00 位来从 这种异 常状态 中恢 复  ◆第二个 字节存储 着 以太 网帧状态 .由此 可判 断  所接 收帧是 否正确 

[】DA C M  e c n utrn .D 0 0   te tC n ol   t  2 VI O Smio d c , c M9 0 A Eh me  o t lrwi oI r e h Geea Poesrnefc  aaS et[] S DA C nrl rcso  t aeD t h e s. A: VIOM e en u .   I r   U S mi d c  o
t rI c, 0 5  o, n 20.

◆第三 和第 四字节存储 着 以太 网帧 长度  后 续 的  字节 就是有效 数据 
442接 收 过 程  ..

[] Ⅵ C0 S mio dco, c 3 DA M e c nu trn . I DM90 A  8 iEh re  o t lr 00 1/Bt ten t nr l   6   C oe
wi   e eaPo esrItr c  p l ainN tsV1 0 S. A: VI t G nrlrcso  ef eA pi t   oe  . [] h n a c o 2 US DA .  
COM   e c n c o . c2 0   S mi o du t r n . 0 5 I

【]王 冠 , 一 鸣 . 向 C L /P A 的 V ro  t M] 京 : 械工 业 出  4 俞 面 P DF G ei gi [ . l  ̄i 北 机
版社 .0 7 20.  

查 看 中断状态 寄存器 . 如果接 收到新数 据 . 寄存器 



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