基于FPGA 的ATM SAR 及其接口设计与实现

元头的PT 域指示数据的开始、中间和结束，将接收 到的信元还原成完整的一个CPCS-PDU 包存入FPGA 存储器后发送给CS 子层。

　　2.2 发送流程模块设计

　　根据数据发送的流程来划分功能模块，分为 CS 子层数据的存储模块、ATM SAR 模块 和UTOPIA 接口发送模块三个主要功能模块。

　　CPCS-PDU 存储模块:实现：CPCS-PDU 存储模块输入数据宽度为16 位，输出数据宽度 为8 位，有可读/写、片选信号和地址总线。上层先查询RAM 的可写（WR）信号有效时， 将CPCS-PDU 包发送到16 位数据总线上，一个包发完后置RAM 的片选（CS）信号为无效； RAM 将数据线上的数据顺序存入，并对PDU 包的字节数计数，用RAM 的头两个字节存放 包的长度，3～6 字节存入VPI/VCI 值。一个PDU 包存入后置可写（WR）信号无效，置可 读（RD）信号有效。

　　SAR 拆分和ATM 模块实现：首先在ATM 层创建一发送FIFO，用来存放ATM 层生成的 信元。在发送双口RAM 可读的状态下，从CPCS-PDU 存储器读出头2 个字节（即数据包的 长度）与48 比较，大于48，生成中间信元；等于48 生成末尾信元，存入FIFO，准备发送。

　　UTOPIA 发送模块实现：UTOPIA 接口实现采用信元级握手传输方式，它是以信元为单 位进行传输，传输中的控制信号是以信元为基础的。设计一个发送控制模块，通过地址信号 轮询PHY 层状态，接收来自ATM 层的UTOPIA 控制信号、物理层的控制信号以及发送FIFO 的状态信号，控制信元一个一个地从ATM 层发送到物理层，时序要求满足ATM 论坛关于 UTOPIA 接口Level1 和Level2 标准。

　　2.3 接收模块流程设计

　　根据数据接收的流程来划分功能模块，分为UTOPIA 接口接收模块、ATM SAR 组装模 块和接收SAR-PDU 存储模块三个主要功能模块。

　　UTOPIA 接收模块模块实现：首先在ATM 层创建一个接收FIFO，再设计一个接收控制 模块，通过地址信号轮询PHY 层状态，接收来自ATM 层的UTOPIA 控制信号、物理层的 控制信号以及接收FIFO 的状态信号，控制信元一个一个地从物理层传送到ATM的FIFO 中。

　　ATM和SAR 组装模块实现：在SAR-PDU存储器可写的状态下，不断读入信元接收FIFO 的53 字节数据，剥去信元头还原为SAR-PDU，由信元标识PT 来判断SAR-PDU 是中间还 是末尾数据包，并计算CPCS-PDU 包长度，最后在SAR-PDU 存储器中存入一个完整的 CPCS-PDU 包，包的长度存入存储器的头两个字节中。

　　接收 SAR-PDU 存储模块实现：接收SAR-PDU 存储模块输入数据宽度为8 位，输出数据 宽度为16 位，有可读/写、片选信号和地址总线，如图4-8。可写(WR)信号有效时，RAM从第六个字节开始顺序存入SAR-PDU（头2 个字节放包长，后4 个字节存放VPI/VCI 值）， 直到存入最后一个SAR-PDU，RAM 头两个字节存入CPCS-PDU 包的长度，置可写（WR） 信号无效，置可读（RD）信号有效，此时一个完整的CPCS-PDU 包已经存好，供CS 子层 读取。

　　3 软、硬件调试

　　编写基于ARM7处理器μcLinux 系统下的CPCS-PDU 数据包的收发程序，在Red Hat9.0 系统中（ARM 工具链已建立好）编译通过后，下载到在ECPB 板上运行。程序主要完成ARM 处理器对外设FPGA 的复位、读、写等操作，流程图如图3-1 所示。

　　QuartusⅡ软件的SignalTapⅡ逻辑分析仪可以用来采集FPGA 内部节点和I/O 引脚信号， 通过JTAG 端口送往逻辑分析仪显示。调试过程中主要利用SignalTapⅡ逻辑分析仪和示波 器，通过收、发数据包来验证FPGA 中数据处理的正确性。

　　调试步骤如下：

　　（1）ARM 测试程序和FPGA 程序下载；

　　（2）ECPB 板ARM 初始化配置、CMTC 板UTOPIA 接口初始化等；

　　（3）程序运行； 按照上述步骤验证 FPGA 芯片设计是否满足任务需求。经过发送和接受数据包测试后得 出，经反复数据测试比对，FPGA 工作正常，满足任务要求。

　　4 结束语

　　本文的创新点在于对 ATM 技术和UTOPIA 接口时序进行了深入、系统的分析与研究， 以替代现有专用通信处理器为目标，提出了一种采用FPGA 来实现ATM SAR 和UTOPIA 接 口的解决方法。设计好的FPGA 芯片与上层ARM 处理器和物理层CMTC 板对接后应用于 ADSL 测试系统中，在数据接收和发送两个方向，FPGA 均正确完成上述功能，且工作稳定， 具备了专用通信处理器MPC866 同样的功效。作者相信，本文的研究成果，即采用FPGA 在基于ARM 处理器的环境中实现了ATM 接口，对于ATM 应用领域的成本降低和灵活性有 着较大的实际意义，也为替代专用通信芯片迈出了成功的一步。