摘要：提出了EPON調(diào)和子層（RS）在光網(wǎng)絡(luò)單元端的設(shè)計思想。首先介紹了調(diào)和子層要實(shí)現(xiàn)的功能，然后對設(shè)計方案進(jìn)行了系統(tǒng)的描述，對各個模塊進(jìn)行了介紹，給出了工作流程。

　　0 引言

　　近年來，隨著高清電視、互動多媒體、手機(jī)電視和視頻點(diǎn)播新業(yè)務(wù)的不斷涌現(xiàn)，用戶對帶寬的需求不斷增大。EPON 因其傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸容量大的優(yōu)勢得到了廣大運(yùn)營商的青睞。同時，國家三網(wǎng)融合的政策也對EPON 技術(shù)的應(yīng)用提供了強(qiáng)大的助力。EPON 系統(tǒng)是一個非對稱系統(tǒng)， 在OLT 端可以有多達(dá)32 個數(shù)據(jù)鏈路層，1 個調(diào)和子層（reconciliation sublayer， 簡稱RS）；在ONU 端只有1 個數(shù)據(jù)鏈路層，1 個RS 層。RS層處在物理層能和MAC 層之間， 在下行方向上對從OLT 端發(fā)送來的數(shù)據(jù)起著選擇作用， 對屬于該ONU的數(shù)據(jù)向下行方向傳遞， 對不屬于該ONU 的數(shù)據(jù)要把它丟棄，對數(shù)據(jù)起著過濾作用。在上行方向上，主要是對發(fā)送到對端的幀加入前導(dǎo)碼， 以便于對端的定位。在ONU 端根據(jù)RS 層功能，將其分為接收和發(fā)送兩部分， 我們就這兩部分功能提出了相應(yīng)的方案設(shè)計。

　　1 RS 層接收部分方案的設(shè)計

　　1.1 RS 層接收模塊主要功能

　　①對EPON 的幀頭（即前導(dǎo)碼）進(jìn)行檢測；②定位SLD 域；③使用SLD 域的位置來定位CRC 域和檢驗(yàn)接收到的數(shù)值與使用接收數(shù)據(jù)計算出來的CRC 是否相匹配；④使用SLD 域的位置來定位LLID 域和解析它來測定目的地MAC；⑤假如由于不正確的CRC 或者未知的LLID 不丟棄報文，那么使用正常的前導(dǎo)碼來取代SLD 和LLID，用SFD 來取代CRC 域，傳送這個報文給相應(yīng)的MAC；否則則丟棄整個報文，用正常的幀間隔來取代它（在這里我們選擇將報文丟棄）。

　　1.2 RS 層接收模塊設(shè)計功能介紹

　　其方案如圖1 所示。

圖1 RS 層接收模塊設(shè)計方案

　　①幀頭檢測及SLD 定位。在EPON 系統(tǒng)中，EPON幀的前導(dǎo)碼的前5 個字節(jié)是固定的，所以可以利用前5 個字節(jié)來對幀頭進(jìn)行判斷， 如果接收數(shù)據(jù)的前5 個字節(jié)與EPON 幀的前5 個字節(jié)完全一致，那么就認(rèn)為幀頭是正確的。那樣，我們就可以斷定SLD 字節(jié)所在的位置了。如果幀頭正確，輸出信號Detect_dv 就會為1，否則Detect_dv 的輸出就會是0。幀頭檢測及SLD 定位模塊的輸出信號就是進(jìn)入該模塊的Rxd[7：0]信號。

　　②計數(shù)器。計數(shù)器模塊的作用主要是為1 進(jìn)2 出模塊提供一個選擇信號輸出的端口以及為FiFo 管理1 模塊提供寫使能信號。它受信號RX_dv 的控制，當(dāng)Rx_dv 為0 時，計數(shù)器清零；當(dāng)Rx_dv 為1 時，計數(shù)器就會正常地計數(shù)，但是，在計數(shù)到8 之前，其輸出信號為0，當(dāng)計數(shù)到8 時，其輸出信號才為1。

　　③1：2 選擇。這是一個信號選擇輸出的模塊，它受計數(shù)器輸出信號的控制，當(dāng)輸出信號為0 時，進(jìn)入1：2模塊的信號，從端口1 輸出，進(jìn)入RAM1 中；當(dāng)計數(shù)器的輸出信號為1 時， 進(jìn)入1：2 模塊的信號， 從端口2輸出，進(jìn)入RAM2 中。也就是說，當(dāng)EPON 幀經(jīng)過幀頭檢測及SLD 定位以后，前導(dǎo)碼進(jìn)入RAM1 中，其他字節(jié)進(jìn)入RAM2 中。

　　④RAM1 與FiFo 管理1。當(dāng)計數(shù)器的輸出信號為0 時，經(jīng)過非門以后為1，給FiFo 管理1 發(fā)送了寫使能信號，F(xiàn)iFo 管理1 模塊提供寫地址， 使從1：2 模塊端口1 中輸出來的信號按照FiFo 管理1 模塊提供的地址寫入RAM1 中；由于前導(dǎo)碼共8 個字節(jié)，所以FiFo管理1 模塊僅給提供8 個地址；同時它還受Detect_dv作為讀使能信號的控制， 當(dāng)幀頭檢測正確時，Detect_dv 為1，就會觸發(fā)FiFo 管理1 給RAM1 提供讀地址， 它所提供的地址就是需要CRC-8 檢驗(yàn)的字節(jié)，所以其讀地址就是從SLD 域到LLID 的地址， 這樣要檢驗(yàn)的字節(jié)就會進(jìn)入CRC-8 模塊進(jìn)行循環(huán)冗余校驗(yàn)。

　　⑤RAM2 與FiFo 管理2。當(dāng)計數(shù)器的輸出為1 時，F(xiàn)iFo 管理2 為進(jìn)入RAM2 的數(shù)據(jù)提供了地址，從幀頭檢測及SLD 定位模塊來的數(shù)據(jù)經(jīng)1：2 選擇模塊根據(jù)FiFo 管理2 模塊提供的地址進(jìn)入了RAM2。然后根據(jù)從LLID 匹配模塊得來的控制信號對進(jìn)入RAM2 的信號進(jìn)行相應(yīng)的處理， 當(dāng)所接收到數(shù)據(jù)所帶的LLID 與OLT 給本地ONU 分配的LLID 不匹配時，F(xiàn)iFo 管理2模塊就會根據(jù)接收到的是否清除信號，撤銷給要進(jìn)入RAM2 數(shù)據(jù)的地址，那樣，數(shù)據(jù)就會無法進(jìn)入RAM2，也就是丟棄了與LLID 不相匹配的數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)所接收到的數(shù)據(jù)LLID 與所分配的LLID 相符時，LLID 匹配模塊就會給FiFo 管理2 模塊一個寫使能信號，F(xiàn)iFo 管理2 模塊就會提供所要讀取信號的地址。此模塊與RAM1與FiFo 管理1 不同的是，RAM2 在讀取數(shù)據(jù)的同時也在寫入數(shù)據(jù)。

　　⑥CRC-8 校驗(yàn)。此模塊主要提供的是對前導(dǎo)碼第3 至第7 個字節(jié)的循環(huán)冗余校驗(yàn)， 主要目的是提高傳輸系統(tǒng)的通信性能。IEEE802.3ah給出了CRC8 校驗(yàn)的串行算法實(shí)現(xiàn)，如圖2 所示。

圖2 CRC8 校驗(yàn)原理

　　從圖中看出，串行檢驗(yàn)算法若要用邏輯語言實(shí)現(xiàn)，則需要一個高速的移位寄存器實(shí)現(xiàn)GMII 總線中的8B數(shù)據(jù)流檢驗(yàn)。因此串行校驗(yàn)算法浪費(fèi)的資源較大。

　　為了能夠更好地實(shí)現(xiàn)CRC-8 檢驗(yàn)，我們可以用并行的CRC-8 檢驗(yàn)， 該算法的Verilog 實(shí)現(xiàn)如下面的程序。d 為GMII 總線過來的8b 碼，next_cec 為根據(jù)前一個8b 碼計算出來的校驗(yàn)碼。crc_reg 為中間計算結(jié)果，初始時crc_reg 等于0。

　　Assign next_crc[2]=d[5]^d[6]^d[7]^crc_reg[6]^d[1]^crc_reg[0] ^crc_reg[1] ^crc_reg[2]；

　　Assign next_crc[3]=d[4]^crc_reg[3]^d[5]^d[6] ^crc_reg[7]^d[0]^crc_reg[1] ^crc_reg[2]；

　　Assign next_crc [4]= d [4]^crc_reg [3]^d [5]^ crc_reg[4]^crc_reg[2]^ crc_reg[3] ；

　　Assign next_crc[5]= d[4]^crc_reg[3]^ crc_reg[4] ^crc_reg[5]^d[2] ^d[3] ；

　　Assign next_crc[6]=crc_reg[4] ^crc_reg[5]^ crc_reg[6]^d[1]^d[2] ^d[3]；

　　Assign next_crc[7]=crc_reg[5] ^crc_reg[6]^ crc_reg[7]^d[0]^d[1] ^d[2]；

　　⑦CRC8 比較。當(dāng)對前導(dǎo)碼的第3、4、5、6、7 字節(jié)進(jìn)行CRC-8 檢驗(yàn)之后，得到校驗(yàn)碼，用接收數(shù)據(jù)的校驗(yàn)碼與所經(jīng)過crc-8 模塊得到的校驗(yàn)碼進(jìn)行比較，如果兩者相同， 表明在數(shù)據(jù)的傳輸過程中沒有出現(xiàn)錯誤，證明接收的碼組是正確的。這時，其輸出信號crc-8_dv 通告所得結(jié)果， 使LLID 匹配校驗(yàn)?zāi)K對接收數(shù)據(jù)的LLID 進(jìn)行校驗(yàn)。

　　⑧LLID 匹配校驗(yàn)。對接收到的數(shù)據(jù)LLID 與OLT分配給ONU 的LLID 進(jìn)行比較，如果兩者一致，表明接收到的數(shù)據(jù)就是屬于該ONU 的數(shù)據(jù)，則啟動RAM2的讀使能信號，使信號向MAC 層發(fā)送；如果兩者不一致，則把所得到的接收信號丟棄，在這里我們啟動清除信號，停止給進(jìn)入RAM2 的數(shù)據(jù)分配地址，數(shù)據(jù)就會被丟棄。

　　1.3 工作流程

　　數(shù)據(jù)進(jìn)入幀頭檢測及SLD 定位模塊以后，該模塊對進(jìn)入的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，如果接收到的EPON 幀不滿足EPON 的幀格式要求，則接收到的數(shù)據(jù)無效，并且Detect_dv 會給CRC-8 模塊一個信號， 通知對方數(shù)據(jù)為無效信號不用對其進(jìn)行循環(huán)冗余校驗(yàn)；在數(shù)據(jù)進(jìn)入幀頭檢測及SLD 定位模塊的同時，RX_dv 作為計數(shù)器模塊的控制信號控制計數(shù)器，1 進(jìn)2 出模塊輸出的端口由計數(shù)器的輸出來控制，前8 個字節(jié)也就是前導(dǎo)碼進(jìn)入圖中上半部分的RAM1， 以后的字節(jié)進(jìn)入RAM2模塊， 在FiFo 管理1 模塊的控制之下，RAM1 模塊將第3 到7 個字節(jié)送到CRC-8 模塊，對其進(jìn)行循環(huán)冗余校驗(yàn)，并將數(shù)據(jù)輸出到CRC-8 比較模塊與從RAM 經(jīng)延時模塊的RAM 中的第8 個字節(jié)進(jìn)行比較， 檢測接收數(shù)據(jù)計算出來的數(shù)據(jù)是否與所帶的CRC 域的數(shù)據(jù)是否相匹配， 如果匹配crc-8_dv 將向LLID 匹配校驗(yàn)?zāi)K發(fā)送使能信號， 讓前導(dǎo)碼中的LLID 字節(jié)與OLT分配的字節(jié)相比較， 如果匹配則向控制圖中下方RAM2 的FiFo 管理模塊發(fā)送LLID 有效的信號， 使RAM2 開始讀數(shù)據(jù)；如果不匹配，則向FiFo 管理2 模塊發(fā)送清除信號， 使RAM2 的寫數(shù)據(jù)無法得到地址，使數(shù)據(jù)自動清除。

　　2 RS 層發(fā)送部分方案的設(shè)計

　　RS 層發(fā)送部分的主要功能主要是給從MAC 層來的數(shù)據(jù)幀和控制幀添加EPON 幀的前導(dǎo)碼。由圖2 可知，前導(dǎo)碼由8 個字節(jié)組成，第3 個字節(jié)是定界字符，第6、7 個字節(jié)是OLT 分配給ONU 的邏輯鏈路標(biāo)志，一個字節(jié)是第3 字節(jié)到第7 字節(jié)之間字節(jié)的CRC-8 校驗(yàn)碼。所以，在RS 層的發(fā)送部分中要對第3到第7 字節(jié)做CRC-8 校驗(yàn)。其設(shè)計方案如圖3 所示。

圖3 RS 層發(fā)送模塊的設(shè)計方案

　　在這個RAM 中，我們設(shè)計其為8×8 的容量，共有8 個地址，每個地址8bit。在LLID 寫使能信號的指示下，LLID 被寫入被RAM 管理模塊分配的相應(yīng)的地址中。同時，RAM 中還存在著前導(dǎo)碼中除LLID 域和CRC 域的其他字節(jié)，在LLID 被寫入RAM 后，管理模塊把要檢驗(yàn)的字節(jié)讀入到CRC-8 模塊中進(jìn)行CRC-8校驗(yàn)，得到校驗(yàn)碼。在CRC-8 校驗(yàn)結(jié)束之后，會給管理模塊一個指示信號，使其把經(jīng)CRC-8 校驗(yàn)后的校驗(yàn)碼讀入RAM 中，等到幀數(shù)據(jù)到來后，RAM 的讀寫功能同時開始進(jìn)行，把EPON 幀傳遞到物理層。

　　3 結(jié)束語

　　EPON 是解決寬帶接入的有效方案之一， 我們對EPON 系統(tǒng)ONU 端的RS 層進(jìn)行了研究， 并在千兆以太網(wǎng)的基礎(chǔ)之進(jìn)行了方案設(shè)計。理論分析表明此方案可以有效地解決RS 層對接收數(shù)據(jù)選擇過濾以及對發(fā)送數(shù)據(jù)添加EPON 幀頭等問題。不足之處在于對接收模塊和發(fā)送模塊的方案設(shè)計只是出于理論研究，同時，對EPON 系統(tǒng)的其它層的研究較少，如：物理編碼子層、物理媒質(zhì)相關(guān)子層等。下一步的研究工作就是根據(jù)以上提出的不足，對物理編碼子層以及物理媒質(zhì)相關(guān)子層進(jìn)行深一步的研究，讓EPON 網(wǎng)絡(luò)能夠得到更好的應(yīng)用。