摘 要： 多用戶接入單元（Multiple Dwelling Unit，MDU）是FTTB中的核心設備。隨著人們對寬帶速率增長的需求，傳統的DSL網絡已經無法滿足人們對帶寬的需求，光纖接入FTTH(光纖到戶)、FTTB(光纖到樓)帶寬大、擴展性好，可以滿足用戶現在及未來對帶寬的需求。然而FTTH(光纖到戶)業務的部署成本太高,無法利用電信網絡目前存在的銅線資源。FTTB(光纖到樓)+Lan或FTTB+DSL不僅可以滿足用戶的帶寬需求，同時又可以利用現有銅線資源，降低部署成本。本文研究的MDU就是FTTB的核心設備。本文主要研究了MDU設備主控系統的硬件實現。
0 引言
MDU 在網絡中的位置如圖1所示，它是最靠近用戶端的設備，對用戶可以提供VDSL 、ADSL 、FE 和語音POTS接入。可以上連GPON、EPON、10GEPON、 XGGPON或者GE(Optical and Electric)。
1 MDU主控系統架構
根據要求和應用場景不同，MDU 有1U 和2U兩種。2U 通常是有主控板、一個上連卡、背板和4個槽位的LT 板。1U有一個主控板、一個上連卡和一個LT板，通過背板將這幾個部分連接在一起。本系統是基于1U 的設計，將上連和主控部分集成在一塊板卡上，通過一個芯片88F6530來實現。主控板的系統實現框圖如圖2所示。
在此設計中88F6530做為主控芯片，上行可以是GPON也可以是EPON ,通過88F6530一個芯片實現，不需要硬件設計的改變，只需改變軟件即可實現，節省了開發周期。用戶接口有24FE和32POTS兩種。88F6530內部集成了一個語音處理DSP核，外部不需要語音處理芯片DSP,節省了成本。POTS用戶板的TDM 信號直接與88F6530的TDM 接口連接。POTS用戶板的管理接口由88F6530的HPI 接口通過CPLD 來控制。24FE 接口由Marvell 的Poncat 芯片98DX1135來實現。98DX1135有3組S3MII接口，通過外接PHY可以實現 24FE ,其中8個FE 由主板實現，另外16FE 由LT 來實現。
從圖2可以看出主控系統可以分為4部分：
⑴主控芯片88F6530 及其外圍包括DDR、Flash和RI 溫度傳感器；
⑵上行接口EPON 或者GPON；
⑶用戶接口POTS、FE 接口及其控制接口；
⑷電源部分。
下面分別對這幾個部分詳細論述其具體實現。
2 主控芯片88F6530及其外圍
2.1 主控芯片88F6530
88F6530是Marvell AVAVTA 系列產品中的一款，主要應用在MDU產品中。88F6530 MDU ONU設備提供Universal PON(UPON) MAC ,兼容EPON 和GPON，基于IPV6和IPV4包處理器線速可達到2.5 Gb/s，還有32通道的語音引擎。由于其具有高集成度、低功耗、高性能的特點，88F6530為運營商提供了一種低成本部署光纖寬帶的選擇，可以為用戶提供視頻、界面和云等體驗。88F6530具有以下特點：
⑴ 完全兼容EPON、GPON和P2P以太網MAC；
⑵2.5 G 的Switch接口；
⑶VoIP和控制處理器：1.6 GHz的CPU，有16 KB的一級Caches和256 KB的二級Caches；
⑷32通道的VoIP DSP 支持G.729和G.723；
⑸TDM接口支持標準的SLIC/SLAC設備；
⑹支持 DDR2/DDR3設備，DDR2支持400 MHz，DDR3支持533 MHz，集成了4個DRAM片選；
⑺支持NAND、NOR 和SPI Flash；
⑻兩個PCIe接口；
⑼I2C 接口；
⑽中斷處理器；
⑾兩個UART接口。
88F6530內部結構如圖3所示。
通過以上特性的介紹和88F6530內部結構可以看出，88F6530可以作為此系統的主控芯片完成大部分功能，同時可以節省開發成本。
2.2 88F6530外圍電路
2.2.1 DDR和Flash
88F6530支持16 bit的DDR2接口和DDR3接口， 本系統采用了1 G的16 bit DDR2 (HY5PS1G163)。DDR2最大頻率可達到400 MHz。同時使用了512 MB的NAND Flash(NAND04GW3B2DN6E)和128 MB的SPI Flash(M25P128)。SPI Flash是啟動時Boot所用的，NAND Flash為存取數據所用。
2.2.2 系統時鐘
本系統采用25 MHz的外部時鐘作為系統時鐘，為內部PLL 提供參考時鐘。
2.2.3 I2C設備 RI和溫感
88F6530只有一組I2C接口，無法滿足本系統的要求。在本系統中有RI和溫度傳感器，還有檢測LT子卡的I2C接口，因此至少需要3個I2C接口。I2C Switch 芯片PCA9544A 有4組I2C接口，可以滿足本設計的需求，一組為RI,一組為溫感，另外一組通往背板供LT使用。8k×8bit的E2PROM作為RI 設備。TI的TMP432作為檢測溫度。此溫感芯片是一個可遠端監測溫度和本地監測溫度的傳感器。遠端溫度檢測可以通過外接一個NPN或者PNP三極管來實現。在此系統中將一路遠端用于檢測電源部分的溫度，另外一個遠端用于檢測PONCAT 98DX1135，TMP432芯片本身來檢測主控芯片88F6530的溫度。根據系統預設的初始值，在外界溫度超過此值時芯片會告警。
3 上行接口EPON GPON
88F6530 內部集成了EPON 、GPON MAC，外圍只需接相應的芯片就可以實現GPON或EPON上連。此系統中外部使用了MAX3840，它是一款雙路2×2異步矩陣開關，寬帶頻、全差分信號通路使累積抖動、串擾即信號偏斜最小。每路2×2矩陣開關能夠扇出或復用高達2.7 Gb/s的數據和2.7 GHz時鐘信號。
4 用戶接口 FE 和POTS接口
4.1 FE接口
在此系統中FE接口是使用Marvell的PonCat 98DX1135來實現的。
4.1.1 PonCat 98DX1135
PonCat 98DX1135 是FE Switch PonCat2系列產品中新一代高集成、經濟有效的一款芯片。此芯片是Marvell Prestera- DX系列中一款高性能、低功耗的處理器，是一款比較理想的芯片。PonCat系列產品增強了封裝散熱，超成本優化設計支持最小PCB 布線要求，可以無風扇設計。此款芯片的上行SerDes端口可以支持10/100/1000/2500 的SGMII和1000Base-x,與Marvell外接GPON MAC具有相同的功能。Poncat內部也有CPU，因為此系統以88F6530做為主控芯片，因此這里不使能Poncat內部的CPU。
4.1.2 24FE 的實現
98DX1135 內部有FE MAC，外部只需FE PHY 就可以實現用戶的FE接口要求。在本系統中8個FE是由主控板來實現，其余16個FE由LT來實現。主控板將兩組S3MII信號連接到背板。在主控板上使用Marvell的PHY 88E3083與98DX1135的S3MII接口相連。88E3083是Marvell為快速以太網設計的第三代基于DSP 的八端口物理層設備。此芯片可以完成MACs和物理媒體的數據轉換。88E3083支持1EEE802.3，支持使用雙絞線的100BASE-TX 和10BASE-T網絡全雙工或者半雙工的自動協商機制，具有S3MII接口，可以很好地與98DX1135直連，不需要其他轉換芯片。對88E3083的控制通過MDIO接口來實現。
4.2 POTS接口
因為88F6530內部集成了32通道的語音處理器，所以在本系統中不需要外接DSP芯片來完成語音信號處理。88F6530 的TDM信號可以直接和SLAC連接。此接口可以作為Master模式提供幀同步信號和時鐘信號， 或者也可以作為Slave模式，接收幀同步信號和時鐘信號；線性編碼支持u率和A率；時鐘范圍256 kHz ~ 8.192 MHz；此部分提供一個SPI接口，本系統是32POTS，因此有4個SLAC，需要4個CS，為了實現對SLAC的控制和配置，將SPI接口通過CPLD來實現對4個SLAC的控制。在主控系統中，只需提供DX、DR、FS、CLK 和四組SPI信號到背板就可以實現與POTS子板的連接和通信。
5 電源設計
PONCAT 98DX1135需要核電壓1.0 V，SDRAM 1.8 V，其余 3.3 V。而88F6530需要核電壓1.0 V，CPU 1.1 V、1.5 V、2.5 V還有 3.3 V，因此整個系統需要電壓種類多，共需要5種電源，其中3.3 V、1.0 V、1.5 V所需要的電流比較大，用DC-DC來實現轉換。此板輸入電壓為12 V，12 V進入之后先進行濾波，然后經過熱拔插保護芯片LTC4210，由LTC4210輸出的12 V電壓再進行轉換，轉換為板上所需的3.3 V、2.5 V、1.8 V、1.5 V、1.1 V、1.0 V。LTC4210還可以監測 輸入電壓12 V，若12 V的抖動超過了系統所允許的范圍，則會自動關斷12 V。此系統所用的3.3 V 芯片為TI的TPS54550。TPS54550是TI公司的一款DC-DC，輸入電壓4.5 V~20 V，輸出電流可以達到6 A，具有可調節的開關頻率。 1.0 V、1.5 V由ADP1829來實現。ADP1829是AD公司的一款雙路DC-DC芯片。此芯片開關頻率可以工作在300 kHz、600 kHz,有軟啟動功能、熱過載保護及電流過載保護等功能。其余電壓用LDO 來實現。系統中所需的電壓種類比較多，而且各個電壓之間上電和下電之間的時序有一定的要求，只有滿足了這些要求，系統才可以正常工作。這些通常可以通過調整電源芯片EN管腳上的電阻、電容來實現。
6 結束語
本文從各個部分詳細地論述了MDU主控板的硬件設計，此設計最大的優點就是主控芯片集成了EPON和GPON MACs，節省了開發的硬件和軟件成本，同時又滿足了用戶的需求。
參考文獻
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