0        引言

El是ITU—T制定并由欧洲邮政与电信协会(CEPT)命名的数字传输系统一次群(即PCM30)标准，是一种分时复用形式，其传输速率为2．048Mbps。E1接口是邮电通信部门、军队系统、电力系统以及铁路系统的传输网络中最常用的接口标准，现有许多应用都是建立在G.703 E1 的传输网络上，如：分组网、DDN网、帧中继网、Internet、GSM移动基站等。G.703 E1 具有高可靠性，即可传送话音信息，也可以传送数据业务。

基于E1接口的广泛应用，E1通道上传输的数据分析变得越来越重要，本文介绍了用Dallas 公司的E1 收发器芯片DS21554实现E1数据传输分析仪连通性的设计与实现。

1        E1 基础知识简介

1.1               E1 线路简介

1） E1是2.048M的链路，用PCM编码。

2） 一个E1的帧长为256个bit,分为32个时隙，一个时隙为8个bit。

3） 每秒有8k个E1的帧通过接口，即8K*256=2048kbps。

4） 每个时隙在E1帧中占8bit，8*8k=64k，即一条E1中含有32个64K。

El接口的物理及电气特性符合ITU—T 的G．703标准。El 线路传输时使用 HDB3 编码，特性阻抗可以设为75欧姆和l20欧姆，相对应的传输线应使用75欧姆的非平衡同轴电缆和l20欧姆的双绞线^[2]。

1.2               E1 帧结构

    E1有成帧、成复帧与不成帧三种方式，在成帧的E1中第0时隙用于传输帧同步数据，其余31个时隙可以用于传输有效数据；在成复帧的E1中，除了第0时隙外，第16时隙是用于传输信令的，只有第1到15，第17到第31共30个时隙可用于传输有效数据;而在不成帧的E1中，所有32个时隙都可用于传输有效数据。

图1  E1帧结构

如图 1 所示，在E1信道中，8bit组成一个时隙（TS），由32个时隙组成了一个帧（F）,16个帧组成一个复帧（MF）。在一个帧中，TS0主要用于传送帧定位信号（FAS）、CRC-4（循环冗余校验）和对端告警指示，TS16主要传送随路信令（CAS）、复帧定位信号和复帧对端告警指示，TS1至TS15和TS17至TS31共30个时隙传送话音或数据等信息。我们称TS1至TS15和TS17至TS31为“净荷”，TS0和TS16为“开销”。 如果采用带外公共信道信令（CCS），TS16就失去了传送信令的用途，该时隙也可用来传送信息信号，这时帧结构的净荷为TS1至TS31，开销只有TS0了^[3]。 

3  DS21554 简介

3.1  概述

DS21354/DS21554单芯片收发器(SCT)包含了连接E1线路所需的所有必要功能。该器件是DS2153与DS2154 SCT的升级版产品。板上时钟/数据恢复电路将AMI/HDB3 E1波形转换为NRZ串行数据流。DS21354/DS21554可以自动适应0至2km以上长度的E1 22AWG（0.6mm）双绞电缆。对于75欧姆同轴线或120欧姆双绞电缆，该器件能够产生规范的G.703波形。片上抖动抑制器(32位或128位可选)既可以放置在发送数据通道，也可以放置在接收数据通道。成帧器锁定帧或复帧的边界，并监视着数据流中的告警信息。它还被用于提取或插入信令数据、Si与Sa位信息。片上HDLC控制器可以用于Sa位链路或DS0。该器件包含一组内部寄存器，用户可以通过这些寄存器来控制该部件的工作。通过并行控制口的快速访问允许单个控制器处理多条E1线路。该器件完全符合所有最新的E1规范，包括ITU-T G.703, G.704, G.706, G.823, G.732与I.431, ETS 300 011, 300 233与300 166，以及 CTR12和CTR4^[1]。

3.2  关键特性

●     完整的E1（CEPT）PCM－30/ISDN－PRI收发器功能

●     片上远程和短程线路接口实现时钟/数据恢复和波形成形

●     32位或128位无晶振抖动抑制器

●     成帧为FAS、CAS、CCS和CRC4格式

●     集成HDLC控制器，带有64字节缓冲器，可配置为Sa位、DS0或亚DS0工作模式

●     两个双帧弹性滑动缓冲器，可用于连接速率高达8.192MHz的异步背板

●     交错PCM总线工作方式

●     8位并行控制口可直接用于复用或非复用总线(Intel或Motorola)

●     提取或插入CAS信令

●     检测与产生远程AIS告警

●     可编程输出时钟用于分数E1、H0和H12应用

●     完全独立的发送与接收功能

●     完全访问对准至CRC-4复帧的Si和Sa位

●     为测试目的提供四种独立的环回功能

●     大规模计数器，适合双极型、代码违反、CRC4码字错误、FAS字错误和E比特

●     IEEE 1149.1 JTAG-边界扫描结构

●     引脚兼容于DS2154/52/352/552 SCT

●     3.3V (DS21354)或5V (DS21554)供电，低功耗CMOS

●     100引脚LQFP封装(14mm x 14mm)

3.3  硬件连接

硬件连接如图2所示，其中，MCLK为系统主时钟输入端，TCLK和RCLK分别是发送数据时钟和接收数据时钟，TSYNC和RSYNC分别是发送和接收数据帧同步信号（当发送和接收数据设置为成帧模式时，TSYNC和RSYNC在帧的开始时产生一脉冲，当发送和接收数据设置为成复帧模式时，TSYNC和RSYNC在复帧的开始时产生一脉冲），TSER和RSER用来发送和接收串行NRZ数据，TCHBLK和RCHBLK用来确定那个时隙使能DS2172（BERT）收发数据（TCHBLK和RCHBLK引脚电平分别由寄存器TCHBLK和RCHBLK决定，这两个引脚一般情况下为低电平，只有设置了TCHBLK和RCHBLK寄存器的相应位为高电平，则TCHBLK和RCHBLK引脚在相应的时隙变为高电平，此时，在对应的时隙使能DS2172收发数据）。

图2 硬件连接图

       我们用的单片机芯片是Atmeg128，FPGA芯片是XCS20－3C；其中单片机芯片是通过FPGA芯片对DS21554芯片进行读写。

3.4  HDLC 控制器的使用

DS21554内部有一套完整的HDLC协议控制器，在数据发送时自动产生HDLC帧标志和帧校验字段，在接收时，又把对方的HDLC进行校验，恢复原始数据。接收的数据包在原始数据之后还有两个CRC校验字节。

       DS21554中与HDLC协议控制器操作有关的寄存器主要有：控制寄存器HCR、状态寄存器HSR、中断屏蔽寄存器HIMR、发送/接收信息寄存器THIR/RHIR、发送接收FIFO寄存器THFR/RHFR、发送接收DS0寄存器TDC1、TDC2/RDC1、RDC2。其中，控制寄存器主要是对HDLC控制器进行必要的设置，状态寄存器和发送接收寄存器是用来表征HDLC发送和接收数据的状态以及发送和接收FIFO的状态。

这几个寄存器中分实时寄存器和锁定寄存器两种，其中实时寄存器代表当时的状态，而锁定寄存器只有当执行完读操作后才会清除该状态。当对锁定寄存器执行读操作时，若不需要出发外部中断，则需要执行写－读－写操作，第一个写的数据是将希望读取的锁存寄存器的位置1，不希望读取的位清0，在执行完第一次写之后，写1对应的锁存寄存器的位将改变为当前状态，而其它写0的锁存寄存器的位不变，读取数据后，被写1的锁存寄存器的该位被清0，其它的写0的锁存寄存器不变，最后，再将读出的数据与当初写入的数据相与后再次写入寄存器，，如需要触发外部中断则只需要执行写－读操作。

HDLC控制器发送接收数据的流程参见DS21554技术说明书。

4  DS21554 在E1数据传输分析仪中的应用

图3 Ping 测试流程图

在广域网中，常常用到路由器，为了保障路由器正常工作，路由器的故障检测就更加重要^[5]，这里我们用DS21554芯片完成了由数据传输分析仪发送Ping命令，从E1线路方检测路由器的连通性是否正常^[4]。

这里我们用单片机和FPGA共同控制DS21554的HDLC控制器发送HDLC帧，而HDLC协议控制器的操作在3.4中已经详细介绍，所以这里将详细介绍如何检测路由器的连通性，具体实现流程图如图3所示：

5  结束语

       本文作者创新点是：本文采用了E1收发器芯片DS21554完成了E1数据传输分析仪的设计，该芯片操作简单，功能齐全。并由它和低端处理器以及FPGA芯片实现的数据传输分析仪效果良好、成本低、性能稳定。E1数据传输分析仪在完成了E1线路测试的同时还实现了路由器的连通性测试，E1数据传输分析仪的连通性测试为网络维护工作带来了方便，且操作简单用户可以在不必了解通信方面的专业知识就可以方便的使用该设备检测网络故障。当网络不通时，可以用该仪表Ping远端路由器，从而可以方便的检测出是路由器设置问题还是E1网物理层的问题。该设备的另外一个优点就是体积小，便于携带，可以满足检测网络故障需要户外做业的要求。为广域网故障的检测带来方便。

参考文献

[1] Dallas Semiconduter Telecommunication Products E1 Single Chip Transceives(SCT) DATA SHEETS

[2] 纪越峰.现代通信技术.北京邮电大学出版社

[3] 李旭.数字通信技术教程.北京.机械工业出版社

[4] W.Richard Stevens.TCP/IP Illustrated Volume1:The Protocols.北京.机械工业出版社

[5]王菁,刘素芹.巧用Ping和Traceroute命令排除网络故障[J].微计算机信息.2003.19