专利名称：一种2m环下的基于时隙的多路串口复用系统及方法
技术领域：
本发明属于同步数字体系SDH数据通信及串口数据通信领域，特别是涉及 基于SDH的2M(E1)环的SDH数据通信及串口和El数据转换通信的技术实现。技术背景目前的El/串口数据转换设备都是采用基于时隙的数据采样方式来实现，一 般每个时隙64Kbps,为了保证采样的精确性，必须保证对串口数据的采样次数， 以64Kbps为例，最少3次采样，则最大的串口速率为21K左右，也就是如果是 一个串口，最大实现19. 2K的波特率，如果支持2个串口，则每个串口最高只 能实现9. 6K的波特率，采用这种模式的El时隙的带宽利用率是很低的。现有技术中，例如一个时隙64Kbps的带宽，按照一个串口 9600波特率， 则串口满速率运行的话， 一个时隙大约支持6个串口的接入要求，如果要求接 入12个串口，则需要2个时隙资源。但在实际的运行中，每个串口的实际传输的数据可能达不到9600的波特率， 实际需要的带宽可能一个时隙即可满足要求。针对这一问题，本发明采用一种新的方法，充分利用传输的带宽资源，最 大的实现串口接入的数量和最高的波特率支持。发明内容本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种2M环下的基于时隙的多 路串口复用系统，在E1的串口数据转换传输中，提高El时隙的带宽利用率，实现时隙带宽的充分利用，系统基于一种动态带宽自适应方法，可以根据实际 的接入串口的数据，来动态调整占用的时隙资源，以达到时隙资源的最大利用。本发明的另一 目的在于根据该系统，提出一种2M环下的基于时隙的多路串 口复用方法。为了实现发明目的一，采用的技术方案如下一种2M环下的基于时隙的多路串口复用系统，采用CPU +FPGA的架构， 其中所述FPGA实现多路串口数据的采集、PCM信号处理、以及基于E1时隙 的数据帧处理，所述CPU芯片实现串口数据到El数据的协议转换和串口路由。上述技术方案中，所述FPGA实现串口数据的采集，特别是实现多路串口 数据的采集。本发明所采用的系统使用独立的晶振进行串口数据采样。 所述CPU芯片设置有数据收发处理模块、协议转换/路由处理模块、以及大容量内存，所述FPGA设置有串口模块和E1时隙处理模块，特别是设置有多路串口模块和El时隙处理模块。为了实现发明目的二，采用的技术方案如下一种2M环下的基于时隙的多路串口复用方法，基于动态带宽自适应方法， 以根据实际的接入串口的数据，动态调整占用的时隙资源，达到时隙资源的最 大利用。上述方案中，所述方法基于E1的时隙为带宽分配单位，通过内部大缓冲区 操作和对缓冲区占用情况的实时侦测，实现带宽的动态调整。动态调整的具体过程为，采用参数a、 b、 c、 d、 T，其中a表示时隙通道缓 冲区当前未处理字节数，b表示时隙通道缓冲区最大字节数，c表示串口波特率，d表示串口数量，T表示动态带宽调整算法检测周期，t二(b-a)/(Wd)表示在理 论速率下装满剩余缓冲区空间所需要的时间，Aa二(a2-al)/T表示每周期缓冲区 占用的增长率，al,a2分别为第一个周期T和第二个周期T检测到的时隙通道 缓冲区当前未处理字节数。带宽调整触发条件如下t〉T，且Aa〈0时，系统带宽减少；t〉T，且Aa〉^时，系统带宽不变；t〈T时，系统带宽增加；带宽调整的计算公式如下curTsNuiiF当前占用的带宽(基本单位时隙) A ts=Aa/64Kbps表示增加/减少的时隙数(时隙数向上取整)； curTsNum=curTsNum+A ts表示当前需要调整到占用的时隙数。 b、 c、 d、 T为系统固定取值，系统在检测周期T时，检测剩余缓冲区在理 论的串口满速率下占满需要的时间t，并计算每个周期T的缓冲区的增长率Aa， 为防止数据丢失，t应该大于T，才能在缓冲区满之前调整带宽，当预测t〈T时， 增加带宽，如果Aa为负，则说明占用时隙较多，需减少带宽，带宽增加/减少 的计算方式，如前面所述公式进行计算。所述多路串口复用过程为数据经过El接口进入FPGA的El时隙处理模 块，CPU芯片从El处理模块接收数据，并放入协议转换/路由处理模块，识别出 每路串口的数据路由，并分别发送到各路串口模块，然后经由每路串口接口输 出，反过来数据经串口到El接口的处理流程一致。所述El时隙处理模块将串口数据分别通过时隙通道接收接口/时隙通道发送接口放入接收FIF0/发送FIF0，然后将数据进行El数据帧的成帧处理，并承 载在占用的E1时隙上，经过HDB3编解码和PCM信号处理完成串口数据到E1上 的数据传输和信号转换。 本发明具有如下特点1、 利用CPU芯片强大的处理能力实现多串口的数据通信和协议/路由处理;2、 利用FPGA实现串口数据到El时隙的承载，并完成El的信号处理；3、 动态带宽自适应方法，可以根据实际的接入串口的数据，来动态调整占 用的时隙资源，以达到时隙资源的最大利用。
图1为本发明的系统原理框图； 图2为本发明的El时隙处理模块处理示意图； 图3为串口数据到E1时隙的数据传输示意图； 图4为动态带宽自适应示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。本发明的系统原理框图如附图1所示，系统采用CPU +FPGA的架构。 其中FPGA实现(1)多路串口数据的采集；(2)脉冲编码调制PCM信号处 理；(3)基于E1时隙的数据帧处理。CPU芯片利用其强大的处理能力实现串口数据到El数据的协议转换和串口 路由功能；在这种模式下串口数据采集和传输独立于E1时隙，不利用E1时隙 来进行串口数据采样，使用独立的晶振进行串口数据采样，保证串口数据的采 样精度；基于El时隙的数据帧处理，充分利用时隙的全部带宽(64Kbps* n， n为时隙数，〉二1)，进行数据传输；CPU芯片进行串口数据和E1时隙数据帧的协议转 换和串口路由功能；系统内置大容量内存，用来缓存数据，保证在大数据量下 的数据不丢失。系统的处理过程为数据经过El接口进入El时隙处理模块，CPU芯片从El 处理模块接收数据，并放入协议转换/路由处理模块，识别出每路串口的数据路 由，并分别发送到各路串口模块，然后经由每路串口接口输出，反过来数据经 串口到El接口的处理流程一样。El时隙处理模块的处理示意图如附图2所示，该模块由FPGA实现，系统 将串口数据分别通过时隙通道接收接口/时隙通道发送接口放入接收FIFO/发送 FIFO，然后将数据进行E1数据帧的成帧处理，并承载在占用的E1时隙上，经 过HDB3编解码和PCM信号处理完成串口数据到E1上的数据传输和信号转换。串口数据到El时隙的数据传输如附图3所示，从串口接口接收数据到El 接口发送数据的过程中，多路串口接收任务后，将数据传输到接收缓冲区，并 将数据进行协议封装，然后移入到时隙通道发送任务中，通过FPGA实现数据 在E1时隙上的承载，然后通过E1接口发送出去；从E1接口接收数据到串口接 口发送数据的过程中，El接口接收数据后，通过FPGA实现从El时隙上剥离 数据，并将剥离后的数据移入到时隙通道接收任务中，再进行数据协议解析和 串口路由确定，然后将数据发送至多路串口发送缓冲区中，通过多路串口发送 任务将数据从串口接口中发送出去。本发明的动态带宽自适应如附图4所示，系统具有基于E1时隙的动态带宽 调整功能，该方法基于E1的时隙为带宽分配单位，通过内部大缓冲区操作和对 缓冲区占用情况的实时侦测，实现带宽的动态调整。
权利要求
1. 一种2M环下的基于时隙的多路串口复用系统，其特征在于采用CPU+FPGA的架构，其中所述FPGA实现串口数据的采集、PCM信号处理、以及基于E1时隙的数据帧处理，所述CPU芯片实现串口数据到E1数据的协议转换和串口路由。
2、 根据权利要求l所述的基于时隙的多路串口复用系统，其特征在于所述 FPGA实现串口数据的采集。
3、 根据权利要求1或2所述的基于时隙的多路串口复用系统，其特征在于 使用独立的晶振进行串口数据采样，保证串口采样的精确性。
4、 根据权利要求3所述的基于时隙的多路串口复用系统，其特征在于所述 CPU芯片设置有数据收发处理模块、协议转换/路由处理模块、以及大容量内存， 所述FPGA设置有串口模块和El时隙处理模块。
5、 一种2M环下的基于时隙的多路串口复用方法，其特征在于基于动态带 宽自适应方法，以根据实际的接入串口的数据，动态调整占用的时隙资源，达到 时隙资源的最大利用。
6、 根据权利要求5所述的基于时隙的多路串口复用方法，其特征在于所述 方法基于E1的时隙为带宽分配单位，通过内部大缓冲区操作和对缓冲区占用情 况的实时侦测，实现带宽的动态调整。
7、 根据权利要求5或6所述的基于时隙的多路串口复用方法，其特征在于 所述多路串口复用过程为数据经过El接口进入FPGA的El时隙处理模块， CPU芯片从E1处理模块接收数据，并放入协议转换/路由处理模块，识别出串口 的数据路由，并分别发送到串口模块，然后经由串口接口输出，反过来数据经串口到El接口的处理流程一致。
8、根据权利要求7所述的基于时隙的多路串口复用方法，其特征在于所述 El时隙处理模块将串口数据分别通过时隙通道接收接口/时隙通道发送接口放 入接收FIF0/发送FIF0，然后将数据进行E1数据帧的成帧处理，并承载在占用 的El时隙上，经过HDB3编解码和PCM信号处理完成串口数据到El上的数据传 输和信号转换。
全文摘要
本发明提供一种2M环下的基于时隙的多路串口复用系统及方法，系统采用CPU+FPGA的架构，其中所述FPGA实现多路串口数据的采集、PCM信号处理、以及基于E1时隙的数据帧处理，所述CPU芯片实现串口数据到E1数据的协议转换和串口路由。方法基于动态带宽自适应方法，以根据实际的接入串口的数据，动态调整占用的时隙资源，达到时隙资源的最大利用。
文档编号H04J3/16GK101267275SQ200810027689
公开日2008年9月17日 申请日期2008年4月25日 优先权日2008年4月25日
发明者丘春森, 翀 刘, 刘双广, 唐小虎, 朱炽冲, 程晓鹏, 陈兴海, 马宗健 申请人:广东高新兴通信股份有限公司