摘 要： 多用户接入单元（Multiple Dwelling Unit，MDU）是FTTB中的核心设备。随着人们对宽带速率增长的需求，传统的DSL网络已经无法满足人们对带宽的需求，光纤接入FTTH(光纤到户)、FTTB(光纤到楼)带宽大、扩展性好，可以满足用户现在及未来对带宽的需求。然而FTTH(光纤到户)业务的部署成本太高,无法利用电信网络目前存在的铜线资源。FTTB(光纤到楼)+Lan或FTTB+DSL不仅可以满足用户的带宽需求，同时又可以利用现有铜线资源，降低部署成本。本文研究的MDU就是FTTB的核心设备。本文主要研究了MDU设备主控系统的硬件实现。
0 引言
MDU 在网络中的位置如图1所示，它是最靠近用户端的设备，对用户可以提供VDSL 、ADSL 、FE 和语音POTS接入。可以上连GPON、EPON、10GEPON、 XGGPON或者GE(Optical and Electric)。
1 MDU主控系统架构
根据要求和应用场景不同，MDU 有1U 和2U两种。2U 通常是有主控板、一个上连卡、背板和4个槽位的LT 板。1U有一个主控板、一个上连卡和一个LT板，通过背板将这几个部分连接在一起。本系统是基于1U 的设计，将上连和主控部分集成在一块板卡上，通过一个芯片88F6530来实现。主控板的系统实现框图如图2所示。
在此设计中88F6530做为主控芯片，上行可以是GPON也可以是EPON ,通过88F6530一个芯片实现，不需要硬件设计的改变，只需改变软件即可实现，节省了开发周期。用户接口有24FE和32POTS两种。88F6530内部集成了一个语音处理DSP核，外部不需要语音处理芯片DSP,节省了成本。POTS用户板的TDM 信号直接与88F6530的TDM 接口连接。POTS用户板的管理接口由88F6530的HPI 接口通过CPLD 来控制。24FE 接口由Marvell 的Poncat 芯片98DX1135来实现。98DX1135有3组S3MII接口，通过外接PHY可以实现 24FE ,其中8个FE 由主板实现，另外16FE 由LT 来实现。
从图2可以看出主控系统可以分为4部分：
⑴主控芯片88F6530 及其外围包括DDR、Flash和RI 温度传感器；
⑵上行接口EPON 或者GPON；
⑶用户接口POTS、FE 接口及其控制接口；
⑷电源部分。
下面分别对这几个部分详细论述其具体实现。
2 主控芯片88F6530及其外围
2.1 主控芯片88F6530
88F6530是Marvell AVAVTA 系列产品中的一款，主要应用在MDU产品中。88F6530 MDU ONU设备提供Universal PON(UPON) MAC ,兼容EPON 和GPON，基于IPV6和IPV4包处理器线速可达到2.5 Gb/s，还有32通道的语音引擎。由于其具有高集成度、低功耗、高性能的特点，88F6530为运营商提供了一种低成本部署光纤宽带的选择，可以为用户提供视频、界面和云等体验。88F6530具有以下特点：
⑴ 完全兼容EPON、GPON和P2P以太网MAC；
⑵2.5 G 的Switch接口；
⑶VoIP和控制处理器：1.6 GHz的CPU，有16 KB的一级Caches和256 KB的二级Caches；
⑷32通道的VoIP DSP 支持G.729和G.723；
⑸TDM接口支持标准的SLIC/SLAC设备；
⑹支持 DDR2/DDR3设备，DDR2支持400 MHz，DDR3支持533 MHz，集成了4个DRAM片选；
⑺支持NAND、NOR 和SPI Flash；
⑻两个PCIe接口；
⑼I2C 接口；
⑽中断处理器；
⑾两个UART接口。
88F6530内部结构如图3所示。
通过以上特性的介绍和88F6530内部结构可以看出，88F6530可以作为此系统的主控芯片完成大部分功能，同时可以节省开发成本。
2.2 88F6530外围电路
2.2.1 DDR和Flash
88F6530支持16 bit的DDR2接口和DDR3接口， 本系统采用了1 G的16 bit DDR2 (HY5PS1G163)。DDR2最大频率可达到400 MHz。同时使用了512 MB的NAND Flash(NAND04GW3B2DN6E)和128 MB的SPI Flash(M25P128)。SPI Flash是启动时Boot所用的，NAND Flash为存取数据所用。
2.2.2 系统时钟
本系统采用25 MHz的外部时钟作为系统时钟，为内部PLL 提供参考时钟。
2.2.3 I2C设备 RI和温感
88F6530只有一组I2C接口，无法满足本系统的要求。在本系统中有RI和温度传感器，还有检测LT子卡的I2C接口，因此至少需要3个I2C接口。I2C Switch 芯片PCA9544A 有4组I2C接口，可以满足本设计的需求，一组为RI,一组为温感，另外一组通往背板供LT使用。8k×8bit的E2PROM作为RI 设备。TI的TMP432作为检测温度。此温感芯片是一个可远端监测温度和本地监测温度的传感器。远端温度检测可以通过外接一个NPN或者PNP三极管来实现。在此系统中将一路远端用于检测电源部分的温度，另外一个远端用于检测PONCAT 98DX1135，TMP432芯片本身来检测主控芯片88F6530的温度。根据系统预设的初始值，在外界温度超过此值时芯片会告警。
3 上行接口EPON GPON
88F6530 内部集成了EPON 、GPON MAC，外围只需接相应的芯片就可以实现GPON或EPON上连。此系统中外部使用了MAX3840，它是一款双路2×2异步矩阵开关，宽带频、全差分信号通路使累积抖动、串扰即信号偏斜最小。每路2×2矩阵开关能够扇出或复用高达2.7 Gb/s的数据和2.7 GHz时钟信号。
4 用户接口 FE 和POTS接口
4.1 FE接口
在此系统中FE接口是使用Marvell的PonCat 98DX1135来实现的。
4.1.1 PonCat 98DX1135
PonCat 98DX1135 是FE Switch PonCat2系列产品中新一代高集成、经济有效的一款芯片。此芯片是Marvell Prestera- DX系列中一款高性能、低功耗的处理器，是一款比较理想的芯片。PonCat系列产品增强了封装散热，超成本优化设计支持最小PCB 布线要求，可以无风扇设计。此款芯片的上行SerDes端口可以支持10/100/1000/2500 的SGMII和1000Base-x,与Marvell外接GPON MAC具有相同的功能。Poncat内部也有CPU，因为此系统以88F6530做为主控芯片，因此这里不使能Poncat内部的CPU。
4.1.2 24FE 的实现
98DX1135 内部有FE MAC，外部只需FE PHY 就可以实现用户的FE接口要求。在本系统中8个FE是由主控板来实现，其余16个FE由LT来实现。主控板将两组S3MII信号连接到背板。在主控板上使用Marvell的PHY 88E3083与98DX1135的S3MII接口相连。88E3083是Marvell为快速以太网设计的第三代基于DSP 的八端口物理层设备。此芯片可以完成MACs和物理媒体的数据转换。88E3083支持1EEE802.3，支持使用双绞线的100BASE-TX 和10BASE-T网络全双工或者半双工的自动协商机制，具有S3MII接口，可以很好地与98DX1135直连，不需要其他转换芯片。对88E3083的控制通过MDIO接口来实现。
4.2 POTS接口
因为88F6530内部集成了32通道的语音处理器，所以在本系统中不需要外接DSP芯片来完成语音信号处理。88F6530 的TDM信号可以直接和SLAC连接。此接口可以作为Master模式提供帧同步信号和时钟信号， 或者也可以作为Slave模式，接收帧同步信号和时钟信号；线性编码支持u率和A率；时钟范围256 kHz ~ 8.192 MHz；此部分提供一个SPI接口，本系统是32POTS，因此有4个SLAC，需要4个CS，为了实现对SLAC的控制和配置，将SPI接口通过CPLD来实现对4个SLAC的控制。在主控系统中，只需提供DX、DR、FS、CLK 和四组SPI信号到背板就可以实现与POTS子板的连接和通信。
5 电源设计
PONCAT 98DX1135需要核电压1.0 V，SDRAM 1.8 V，其余 3.3 V。而88F6530需要核电压1.0 V，CPU 1.1 V、1.5 V、2.5 V还有 3.3 V，因此整个系统需要电压种类多，共需要5种电源，其中3.3 V、1.0 V、1.5 V所需要的电流比较大，用DC-DC来实现转换。此板输入电压为12 V，12 V进入之后先进行滤波，然后经过热拔插保护芯片LTC4210，由LTC4210输出的12 V电压再进行转换，转换为板上所需的3.3 V、2.5 V、1.8 V、1.5 V、1.1 V、1.0 V。LTC4210还可以监测 输入电压12 V，若12 V的抖动超过了系统所允许的范围，则会自动关断12 V。此系统所用的3.3 V 芯片为TI的TPS54550。TPS54550是TI公司的一款DC-DC，输入电压4.5 V~20 V，输出电流可以达到6 A，具有可调节的开关频率。 1.0 V、1.5 V由ADP1829来实现。ADP1829是AD公司的一款双路DC-DC芯片。此芯片开关频率可以工作在300 kHz、600 kHz,有软启动功能、热过载保护及电流过载保护等功能。其余电压用LDO 来实现。系统中所需的电压种类比较多，而且各个电压之间上电和下电之间的时序有一定的要求，只有满足了这些要求，系统才可以正常工作。这些通常可以通过调整电源芯片EN管脚上的电阻、电容来实现。
6 结束语
本文从各个部分详细地论述了MDU主控板的硬件设计，此设计最大的优点就是主控芯片集成了EPON和GPON MACs，节省了开发的硬件和软件成本，同时又满足了用户的需求。
参考文献
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