摘要：本文重点介绍了ngn网关设备上核心接口芯片的基本原理和设计方法，该芯片能够提供业务数据格式的转换、信令处理、cpu接口映射等功能，采用spartan3系列fpga实现，经过系统测试，完全符合要求。
关键词：下一代网络；网关；cpu总线
前言
下一代网络(ngn-nextgenerationnetwork)是以ip为核心，可以同时支持语音、数据和多媒体业务的融合网络，是通信网络的发展方向。传统的以电路交换为核心的设备正逐渐被以ip为核心的网络设备所替代。在这种演变过程中，设计一种能够提供pstn与ngn无缝连接的网关设备，从而实现以较低的成本向ngn网络平滑过渡是目前各通讯设备制造商的重要研究课题。本文重点介绍了网关接口设备中核心器件，即ngn网关接口芯片的设计方法以及在xilinx的spartan3xcs1000中的实现。
方案介绍
在本方案中，网关接口设备的主要功能是由网关接口板ip_gateway所实现，包括母板与子板两部分，其中母板部分主要完成传统的语音和数据部分的格式转换以及信令处理，子板主要完成与媒体网关控制器mgc(mediagatewaycontroller)的通信与控制功能，如h.248/megaco协议的处理、连接的建立与释放等。其基本结构如图1所示，母板部分主要包括cpu-amdelan520，专用处理芯片obci3、以太网接口芯片、fpga控制芯片、pci桥、交换芯片tdm、板上ram/rom，以及时钟、电源等模块；子板部分(gatewayblade)主要包括cpu-bcm1122，以太网交换芯片以及两个dsp。限于篇幅，不做过多介绍。
如图1所示，fpga控制芯片(clta)处于整个母板的核心地位，其主要功能包括：语音和数据格式转换，即将来自终端控制板的pcm格式语音和数据转化为适用于tdm芯片的st_bus总线格式；amd-elan520的cpu读写逻辑映射以及sram存取，dma模式控制；obci3接口控制；线路端编解码功能。
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图1网关接口板功能结构图
设计描述
fpga的主要功能模块如图2所示。处于框图上端的部分主要是数据流处理部分，主要完成数据格式转换以及信令提取和传递功能，同时还包括线路端的编解码功能；右边主要是控制部分，完成cpu对fpga、obci3芯片以及片外sram的存取和控制功能；左下部分主要是fpga寄存器模块以及如flash保护，系统报警处理等辅助模块。
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图2fpga内部功能结构图
数据流
从数据流角度看，fpga包括与专用处理芯片obci3相连的masterlink[a,b]，与终端控制板相连的seriallink[0-5]，与tdm芯片相连的st_link[0-11]。为提高网关接口设备的可靠性，所有的数据流都包括a、b两路，分别来自主/备用设备，当其中一路发生故障时，系统自动切换到另外一路。以上行数据为例，从终端控制板来的seriallink共分6路，其中每一路数据格式都是由a、b两路经过manchester编码过的复用数据，a/b路复用数据在coder/decoder模块中经过线路端解码，恢复出a、b两路clusterlink数据，该数据采用pcm格式，其速率为4mhz，共分为32个pcm信道，每个信道16位，其中ch0用于同步信道，ch16用于信令信道，其它信道可以承载语音和数据，又叫spata信道。16位的spata信道包含了8位的语音编码和协议位，ch0包含同步编码，如表1所示：其中pp是协议比特，当有告警时pp=11，否则为00，a=1时表明存在软件或硬件告警，m=1时表明存在摘挂机事件。其中，13、12以及7~4为同步位，当上下游接口芯片以每125ms的间隔固定检测到同步码的时候，整个系统处于完全同步状态，否则，对端芯片会在ch16发出远端告警，用于通知网关设备进行故障处理。
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图3控制状态机
ch16是16位宽的控制信道，用于发送控制命令包或接收反馈包，用于控制终端控制板的操作。masterlink只承载同步和信令信道，不包括spata信道，masterlink也包含ab两条链路。st_link是与tdm芯片相连的tdm链路，满足标准st-bus的接口要求，只承载8位的语音信道。fpga将前述seriallink经过manchester解码后分离的a/b路数据分别进行8位数据提取，然后按照st_bus总线的格式分别放到各自对应的通道中，共12路st_link数据。具体实现上，采用2个双口ram，进行数据缓存后，按照st_bus格式按序读出。反之，fpga进行st_bus到seriallink的扩展。
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图4gpbus与386总线映射关系
由于ch0中包含报警以及摘挂机信息，因此，6路seriallink中的ch0被按位或运算后发送给obci3，由obci3进行相应的检测和处理。反方向则将masterlink中来自obci3的ch0广播到同组各个seriallink中的ch0，以提供同步功能。另一方面，masterlink上的两个ch16用于控制远端终端控制板，cpu产生的控制信令通过obci3芯片，传送到masterlink的ch16
