发布时间：2022-10-10 04:59:30
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的接口协议样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
中图分类号：TN712-34
文献标识码：A
文章编号：1004-373X(2011)09-0069-04
Design and Implementation of Protocol Converter for Multiple Interfaces and E1
YU Fa-hong1, LIU Wan2, WANG Zhan-feng2
(1. College of Electronic Technology, PLA Information Engineering University, Zhengzhou 450000, China;
2. Northern Institute of Information Technology, Beijing 100072, China)
Abstract： Since the communication bandwidth is widened increasingly, a design of protocol converter based on FPGA and MPC875 for multiple interfaces and E1 is proposed to solve the problem that the low-speed devices can not be connected to high-speed E1 lines. The hardware functional block diagram and the selection method of major components are provided. The dispatching method of multi-interface data, empty timeslot disposal strategy, FPGA structure design and software design flow are elaborated. Through the realization of protocol conversion for RS 232, RS 449, V.35 and E1, this design is proved to be feasible.
Keywords： multi-interface; E1; protocol convertion; FPGA
0 引 言
随着计算机技术与通信技术的持续发展，人们对高带宽需求不断增加，接入DDN(Digital Data Network)网、帧中继网等高速通信网的应用也越来越普遍［1］。E1是我国电信传输网一次群使用的传输标准，速率是2.048 Mb/s。实现多路接口与E1协议的相互转换，将可以把多种设备同时连接至高速的E1线路。本文基于FPGA(Field Programmable Gate Array)、嵌入式微处理器设计了一个多路接口与E1的协议转换器，实现RS 232,RS 449,V.35等接口数据在E1线路上的高速传输。
1 系统原理
1.1 系统描述
多路接口与E1协议转换示意图如图1所示。在发送端，将多路接口数据按照一定顺序合并成一路符合E1协议的数据在E1信道上进行传输，在接收端，将接收到的E1信号再按发送端顺序分成多路接口数据。
图1 多路接口与E1协议转换示意图
1.2 多路接口数据映射到E1帧的方法
E1是一种典型的时分复用结构，一个E1时分复用帧划分为32个相等的时隙，编号为CH0~CH31，其中时隙CH0用作帧同步用，时隙CH16用来传送信令。其余的时隙用来传送有效数据［2］。
通过将不同的接口数据插入不同的数据时隙，把多路接口数据编成一个E1数据帧，实现多路接口与E1的协议转换［3］。
将多路接口数据映射到E1时隙中，需要根据每路接口的速率进行时隙分配，也就是将E1的一个或多个时隙分配给一路接口使用，分配的时隙速率不小于接口速率(每个时隙的速率相当于64 Kb/s)，DTE(Data Terminal Equipment)与DCE(Data Communications Equipment)设备端时隙分配设置必须一致。由于协议转换器没有自适应接口速率的功能，因此时隙的分配通过一个软件界面由使用者完成。
为了实现对时隙的分配，设置30个4位的时隙分配寄存器。CPU根据使用者的时隙分配设置，生成30个数据时隙地址并写入对应时隙分配寄存器。数据时隙地址表示的是该数据时隙传送的是哪个接口的数据。在发送端，根据该地址从相应接口读取数据插入对应时隙；在接收端，根据该地址将相应时隙数据送往对应接口。表1为数据时隙地址与接口对应关系表，空闲表示该时隙空置没有使用。
系统将E1时隙分配给多路接口使用，当有时隙没有被分配时，就会产生空时隙。在本设计中，系统可支配的最小单位是E1时隙，也就是说，系统可以将一个数据时隙分配给一路接口使用，也可以将多个数据时隙分配给一路接口使用，当一路接口数据不能完全填满一个或多个时隙时，将会产生半空时隙。比如一个100 Kb/s的接口，占用两个时隙，将会产生28 Kb/s的空时隙［4］。
对于没有使用的空闲时隙，系统可以根据时隙分配寄存器的值识别空闲时隙。在发送端，默认发送全“1”数据，在接收端，抛弃该无用数据；对于一路接口数据不能完全填满一个或多个数据时隙产生的半空时隙，采取循环发空包的方法来填充半空时隙，空包格式固定为“00001111”。在接收端，检测到这样的空包数据，丢弃不用。
下面主要实现V.35,RS 449,RS 232三路接口与E1协议转换的设计［5-6］。通过三路接口与E1协议转换的实现，验证多路接口同时与E1协议转换的可行性。
1.3 系统硬件原理框图与模块功能描述
系统硬件原理框图如图2所示，主要由接口芯片、FPGA、CPLD、微处理器构成。
图2 系统硬件结构原理图
LTC1546/LTC1544：多功能接口芯片LTC1546,LTC1544，二者结合，构成全功能的多协议接口界面，支持RS 232，RS 449，EIA530，EIA530-A,V.35,V.36,X.21协议，协议的选择可完全由软件进行。
MPC875：飞思卡尔MPC875嵌入式CPU，基于POWERPC架构，主频高达133 MHz，8 KB指令cache，8 KB数据cache，总线频率最高可达80 MHz。
EP3C25F324C8： Altera公司的CycloneⅢ系列FPGA，性价比高，资源丰富。
EPM7256AETC144-7：Altera公司MAX7000AE系列CPLD，支持多种接口电平。由于LTC1546,LTC1544接口电平为5 V，FPGA不支持这样的接口电压，这里使用CPLD作接口电路。
XRT82D20:RXAR公司的E1线路接口芯片，支持单路E1，具有HDB3编码、时钟恢复、线路驱动等功能，75 Ω或者120 Ω阻抗匹配。
keyboard：4×4键盘，用来接收时隙分配设置输入。
LED：LED指示灯，共30个，用来指示30个数据时隙的使用情况：当LED灯点亮时，表示该时隙已经使用；LED灯不亮，表示该时隙为空闲。
2 关键模块设计
2.1 与CPU通信FPGA端硬件电路设计［7］
当FPGA与CPU通信时，由于CPU总线特殊的时序关系，FPGA端须做相应的处理才能保证读写数据的稳定性。图3为MPC875读数据总线时序图。其中：CS为片选信号，OE为读信号，A［0:31］为地址信号，D［0:31］为数据信号。图4为MPC875写数据总线时序图，WE为写信号，其余信号与读总线相同。
图3 MPC875读数据总线时序图
当CPU读取FPGA中数据时，先给出地址信号，然后使能片选CS、读信号OE，这时如果数据总线上有数据，CPU读入数据。但MPC875总线频率高达80 MHz，为了CPU能稳定的读取到数据，这里将片选信号与读信号相“与”，然后扩宽3倍得到总线可用信号，在总线可用信号有效期间，数据总线上总有数据，这样，可以保证CPU能稳定的读到数据。
图4 MPC875写数据总线时序图
当CPU写入数据时，CPU先给出地址信号，然后给出片选及写信号，在写信号有效期间，CPU稳定的给出数据。因此，在片选及写信号有效时，锁存数据总线上的数据即可。
2.2 CPLD硬件接口电路设计
CPLD主要完成V.35,RS 449,RS 232数据收发；keyboard,LED控制；FIFO读写等功能。功能框图如图5所示。
图5 CPLD程序功能框图
CPU通过CPLD对接口芯片进行模式选择。V.35,RS 449为同步平衡接口，常用接口速率为N×64 Kb/s(N=1~32)。时钟、数据信号为两线平衡传输，控制信号为不平衡传输。发送数据时，将与之对应的时钟一并输出。在接收数据时，用接口时钟采样数据。
RS 232为不平衡传输。帧格式固定为：1位开始位、8位数据位、结束位。结束位有三种：1位、1.5位、2位。开始位固定为“0”，停止位固定为“1”。通信双方在开始通信前必须约定好串行传输的参数(传输速度、帧格式)。在发送端，首先通过分频产生需要的串行波特率，然后按照帧格式以约定好的速率发送。在接收端，使用8倍于波特率的时钟对接收到的信号进行过采样，经过滤波后如果为低电平信号，即认为是开始位，然后按照约定好的速率接收数据。
在接收数据时，FIFO读写模块将串行接收数据变成8位并行，同时，将与接收数据同步的时钟8分频，用此时钟将8位并行数据写入与该接口对应的FIFO；在发送数据时，将发送时钟8分频，用此时钟从与该接口对应的FIFO读取数据，同时将8位并行数据串行输出。
keyboard为4×4扫描式矩阵键盘，具有16个键。由硬件程序自动扫描键盘，输入数据触发中断，CPU读取数据。LED输出由CPU写入相应的显示寄存器，然后硬件程序将相关信号输出点亮LED。
2.3 FPGA硬件电路设计［8-9］
FPGA主要根据时隙的分配设置，在时钟系统的管理控制下，完成E1的编解帧功能。功能框图如图6所示。
图6 FPGA程序功能框图
CPU根据设置向时隙分配寄存器写入相应的数据。在发送数据时，E1编解帧模块根据时隙分配设置，从相应的FIFO读取数据，写入该时隙。对于没有使用的空时隙，按照空时隙处理办法填入无效数据。发送时钟为FPGA外接的2.048 MHz时钟。由于XRT82D20为数据差分输入，因此将编解帧模块输出的数据TPOS进行反向得到TNEG，平衡输出。TCLK为发送时钟［10］。
在接收时，XRT82D20数据差分输入RPOS，RNEG，将两个信号相减得到输入数据信号，RCLK为时钟输入。在输入时钟的控制下，E1编解帧模块将数据解帧。同时，根据时隙分配设置，将各个时隙的数据送入不同的接口FIFO。
3 软件主程序流程图
MPC875主要完成接口芯片初始化设置、时隙分配设置输入、状态显示等功能。软件主程序流程图如图7所示。
上电以后，CPU进行初始化设置。延迟1 ms进行内存地址分配：每个自定义寄存器及I/O均分配一个内存地址，CPU操作时读写相应地址即可；接着进行LTC1546/LTC1544模式选择，将三组接口分别配置为V.35,RS 449,RS 232；然后查询时隙分配设置输入，如果已经输入时隙分配设置，则读取时隙设置数据，否则，等待时隙设置输入；协议转换器初始化设置完毕，每隔100 ms进行一次线路运行状态告警显示。
图7 软件设计主流程图
4 协议转换器测试
4.1 测试平台搭建
测试平台由JDSU ANT-5 SDH接入测试仪，协议转换器，示意图如图8所示。JDSU ANT-5手持型SDH/PDH传输分析仪，内置所有必要的接口：从T1 Bantam、E1平衡与E1非平衡，到STM-16/OC48光接口；测试速率从1.544 Mb/s~2.5 Gb/s；大屏幕、简单图形化界面、中文菜单，易于使用。
图8 协议转换器测试平台示意图
首先进行时隙分配设置，将1到15时隙分配给V.35接口，17到30时隙分配给RS 449接口，31时隙分配给RS 232接口。由JDSU ANT-5 SDH接入测试仪发出的2 MHz信号，进入协议转换器，然后分别将V.35,RS 449,RS 232接口环回，再将输出的E1信号接入测试仪，在测试仪中测试环回信号的各种特性。
4.2 测试结果
依照上述测试平台进行协议转换器功能测试，测试结果显示，误码率为0，说明协议转换器功能正常。JDSU ANT-5 SDH接入测试仪测试截图如图9所示。其中BER为误码率。
图9 SDH接入测试仪测试结果截图
5 结 语
本文提出了一种多路接口与E1的协议转换设计方法，并具体介绍了时隙分配及调度、空时隙处理等技术难点。通过实现V.35,RS 449,RS 232三路接口与E1的协议转换，证明该方案是可行的。另外，本设计具有良好的扩展性，可以方便的根据具体应用添加或去除接口，也可以在本设计的基础上进行二次开发，完成更多的功能。
参考文献
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一个好的填充系统是建立在好的接口系统上。设计或发明一个好的接口系统，需要借助一些重要的原则或观念做
引导。我想借一些实验性的探讨与诸位分享这些观念。
先简单介绍几个在开放建筑领域已经建立且运用成功的重要观念。
首先是“辖制原则”（principle of Dominance），这是哈布瑞肯教授（John Habraken）在三十多年前提出
的观念。一个构造物，实体的或非实体的，包含一定的构成元素，其中的元素甲之变动会牵动元素乙，而反之不
然，则元素甲属于上一层级，元素乙属于下一层级；若元素乙之变动也同样会牵动元素甲，则二者皆属于同一层
级。这个原则可以印证在自然的构造物，甚至社会关系的构造上。依据这个原则，可以发现人造环境中存在着许
多有趣的“环境层级”现象，且因文化而变异。例如日本的传统民居中几乎没有“家具”这个层级，而其“隔间”
则如同家具，可以携带并重新装置。
其次，由于环境层级呈现交错连续的包含关系（指空间）及依附关系（指实体），因此，属于上一层级的可
视为“结构体”，而下一层级的便是“填充体”。结构与填充是相对的观念，例如“隔间”对建筑物而言是填充体，
对家具而言则是结构体。身为结构体，具有辖制能力，相对而言较不易变动。身为填充体，虽然受到辖制，但也
相对而言较易变动，因此享有较多的自由。
第三，一个好的结构体应该能容纳许多不同的内容。如何增广多样的填充物，则需要特殊的结构体设计方法。
第一代的开放建筑研究，例如荷兰的SAR组织，在这方面已做出了重要的贡献。另一方面，一个好的填充体系统
应该有相当的弹性应变能力来符合使用需求的变化，这正是“长效建筑”的具体意义。
近半世纪以来，开放建筑在这个课题上已取得了相当可观的成果，但一些新生的挑战也逐渐浮出。在此我提
出一些新的课题，并以一些实验性的例子做为初步的响应。虽然例子多是针对建筑物的室内与家具层级，但所运
用的观念则是普遍的。
课题一：开放界面。接口是连接双方的中间体统称，虽然可以指实物与虚体，但在此只讨论实体的接头（Joint）。
“开放”有两个涵意需要说明。其一是依附在“开放产业化”（open industrialization）的目标上，就是尽量减
少特定且特殊化的设计。俗句“一个萝卜一个坑”式的设计，由于过于“针对”性，不易产业化与市场化，如同“手
工艺”，属于封闭型的产品。另一个含义就是可逆性：界面的两方可合亦可分。在此，我要提出的是一个新的挑战：
即构造物在变动与重组的过程中尽量减少接头本身以及接头双方构件的损耗与破坏。如果因为变动造成大量的损
坏，便称不上弹性，而是暴力，更造成废弃污染，当然也无法支撑“长效”的价值。就此课题我举两个例子。
其一是由我指导的开放接口的理论研究[2] 。就室内一般的门、窗、隔间墙、结构墙、结构柱等现行施作法，
进行了接头的开放性能评量（图1）。总体而言，现行施作是不开放的，不能达到长效的目的，也十分不“环保”。
这个研究指出了构造上的一些新挑战。几乎需要通盘检讨现行的构造思维，并且需要长期的研究努力。
另一个例子是以竹子构造为对象所发明的一种新接头，使其能符合竹子衔接的不同方向、不同数量、不同粗细，
而且在拆解时不破坏竹子本身。竹子只是个试探的对象，重点在于了解开放接头在设计上的挑战及其复杂性（图2）。
课题二：涵通系统。相对于特定与特殊而言，“涵通”（Generic）意味着概括、普及与通用。如果一个实
体构造系统称得上是涵通的话，它应该可以非耗损性地拆解与重组。例如，中国传统的木构造建筑及某些家具都
具有相当高程度的涵通性。进而言之，一个更高级的涵通构造系统应不但能拆解重组，还能组合成新的形式，甚
至可以做出另一种物体。另外， “系统”的概念一般是指有限的元素与元素之间有限的构成关系，它的价值常被
误解成只是为了“大量而一致”的生产效率。然而系统最值得深究的却应当是具有“以少量生产多样”的创造能力。
一致与多样并非鱼与熊掌，在一个好的系统中，是可兼得的。
先介绍一个具有这种涵通效能的家具系统[4] （图3）。这个实验是发明一组构件（有限元素）与接头（有限关系），
使其能做桌子，也能做椅子，还能做柜子，甚至能做出多样的桌子、椅子与柜子。同时这个系统也要有“开放性”，
能与市场上的其他系统配合，创造更多的式样。最后，它还要“友善”，就是用简单的工具与少量的人力便能完成。
另一个要介绍的实验是一般住宅的外墙系统[5] （图4）。外墙是十分重要的填充体，很多时候当内部隔间变
动时，外墙必须相对地应变，否则恐怕连一半的功效都达不到。由于外墙是内外的接口，因此得面对较复杂的处
境，如何适用于几乎无穷多的外墙尺寸是最关键的挑战。如同其他“开放”且“友善”的系统一样，它的元素必
须是少量的，同时在拆解、重组、变化时容易施作，而且无损耗。这个实验中的系统目前仅适用于直交形式的外墙。
研究的结果是以40cm及70cm为基本模数，可生产出9种面板单元，其组合可以符合所有以10cm为单位的外墙
规模。另外设计一组具微调能力的10cm外框，来收纳小于10cm的零碎尺寸。这样的系统几乎可以应付无穷多
的外墙尺寸，当然，外墙填充体与建筑结构体之间的开放接头还需要进一步的双向式构造研究。
课题三：活性系统（live system）。“活性”是个新生的观念，一方面是指系统中的构件可以是任意的形体
与尺寸；另一个用意是将一个构造物视为一次构件间的“偶遇”，缘起则结合，缘灭则各自分散，而且是好聚好散。
系统中的每个构件与接头又还原成自主的独立元素，等待参与另一次的构造机缘。活性系统的实验缘起于一次我
个人关于“非开放建筑困境” 的体验。如同许多购屋者（无论新屋或旧屋）的处境一样，由于原有空间的形式与
材质皆不满足新主人的需要，不得已而进行摧毁性的整建。经过无奈而残暴的拆解过程后，我只保留了前屋主的
许多大小尺寸皆不同的木质抽屉，准备再利用，因此，所面临的技术性挑战是如何设计一个结构体来涵容许多不
同的填充体（抽屉）。这是典型的开放设计问题，而其方法早在四十年前即已发展了。这次，我自找麻烦地又加
了两项要求使得这些柜子是个“活物”：其一，结构体的元素必须维持涵通的性质；其二，开放接头。我与学生
们实验的结果是以木片与横杆作为垂直支撑与水平支撑的涵通元素，开放接头则是C 形铁夹与钢索，柜子的结构
体是个开放的接口系统，整合了各种不同尺寸的抽屉（图5）。
另一个例子是有关活性系统中的整合接口，并非结构体，而是填充元素[6] 。这个小实验是发明一组“木砖”，
其尺寸能配合既有的红砖与水泥砖，做出各种组合构造（图6）。
虽然所介绍的只是些尝试性的构想，却紧扣着开放建筑的核心，也发掘出一些潜藏的观念与新的课题。另外
值得一提的是这些实验的共通特点，就是所有的设计都没有特定的对象物，因而进入了“后设”设计（meta-design）
的方法论探讨，或许今后可以来分享这方面的研究成果。
最后，我的自我叮咛是：虽然人类的文明曾经创造了许多优美动人且有效的人造物品及人造物体系，而在过
去的半个世纪，开放建筑揭示了接近革命性的主题――如果我们希望能迈向更有智慧的人造环境，我们几乎必须
“重想”建筑。
参考文献
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[4] 黄正宏. 实体系统之涵容性设计方法试探：以家具系统为例. 台立成功大学硕士论文，台南，1997.
据悉，双方为本次品牌战略合作将投入价值数亿元的资源，不仅包括9.9亿瓶可口可乐旗下饮品、近9.9亿张易迅现金券、27000台限量版可口可乐三星订制版智能手机，以及活动期间每天超过5万件低至3折商品，还囊括了海量的腾讯增值服务商品。
事实上，早在去年9月份，易迅就已与可口可乐开展过浅层次的合作。当时，易迅曾联合可口可乐推出了下单就送可口可乐圣诞礼花瓶的活动，并取得了很好的口碑。
记者了解到，正是基于上述良好的关系，本次双方才决定将合作上升到战略层面，共同投入资源打造这次持续90天的“午后畅爽秒杀大奖”的活动。
另一方面，易迅与可口可乐两大品牌定位的相似性也是原因之一。据悉，易迅的消费群体大多是爱好3C数码产品的年轻男性，物流主打“闪电送”的快节奏。可口可乐的品牌形象近几年也日益年轻化，2013年推出的“小萝莉”等卖萌新装成功讨好了中国年轻一代消费者，因此，两家公司倡导的这些理念均符合当下年轻族群的生活态度。
“不错，我就租这了。咱们回去办手续吧。”
“不用王姐，我这随身带着呢。”
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“这是什么呀？”
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关键词：腹腔镜联合TEM 腹部无辅助切口手术乙状结肠
我们最近开展了腹腔镜联合TEM高位直肠癌和乙状结肠癌体外根治切除的腹部无辅助切口手术，手术的微创和美观效果俱佳，检索文献，我们采取的手术方式未发现相同报道。
一、临床资料：
本组病人男10例，女9例，共19例，年龄43-76岁，平均年龄62岁，其中直肠上段癌9例，乙状结肠癌10例。
二、手术方式：
我们自肠系膜下动脉根部切断，游离直肠，乙状结肠和降结肠，松结脾曲，这样让左半结肠处于游离状态，于肿瘤下2cm切断直肠，自插入TEM镜壳，把直肠，乙状结肠和部分降结肠从经由TEM镜壳脱出至体外，在体外做直肠癌根治性切除：距离肿瘤上缘10cm切断乙状结肠，并一并切除对应系膜和淋巴结，保留的结肠残端荷包缝合，放人钉座结扎牢固后送回腹腔，腹腔内用腔内闭合器关闭直肠残端，行乙状结肠(或降结肠)断端和直肠吻合，手术全过程一般不足90分钟。
三、讨论：
1、腹腔镜联合TEM手术器械做高位直肠癌和乙状结肠癌体外根治切除的腹部无辅助切口手术是我们在实践中进行的探索性手术方式，这种手术方式国内外尚未见报道，相关的报道也很少，主要是国外的报道，其方法也被国内的北京友谊医院参照做了乙状结肠癌手术，其具体方法是：腹腔镜下游离乙状结肠和直肠，在直肠上段切开，经送人抵钉座，再于乙状结肠和降结肠处切断，把钉座送入降结肠断端并让其尖部从肠侧壁穿出，然后用腔内闭合器关闭残端，把切除的乙状结肠利用TEM镜壳经取出，再利用腔内闭合器关闭直肠残端，经插入吻合器，行直肠和降结肠端侧吻合。这种方式操作比较复杂，手术时间较长，同时，直肠和降结肠端侧吻合后张力也容易较大，不如端端吻合更松弛。
蓝牙（Bluetooth）协议标准是由蓝牙特别兴趣小组（Bluetooth SIG）的，1999年了Bluetooth 1.0版，2001年2月了Bluetooth1.1版。目前SIG成员已经发展到3000家左右。蓝牙协议规定的无线通信标准，基于免申请的2.4GHz的ISM频段，采用GFSK跳频技术和时分双工（TDD）技术，通信距离为10米左右，Blue tooth 1.0版标准规定的数据传输速率为1Mbps。主要适用于各种短距离的无线设备互连应用场合。可以提供点到点或点到多点的无线连接。
1 基于电缆替代的蓝牙协议简析
1.1 蓝牙协议体系
蓝牙协议规范所措述的协议栈模式如图1所示。
蓝牙体系结构中的协议可分为四层：
核心协议：基带控制协议（Baseband）、链路管理协议（LMP）、逻辑链路控制应用协议（L2CAP）、服务发现协议（SDP）；
电缆替代协议：RFCOMM；
电话传送控制协议：TCS二进制、AT命令集；
可选协议：PPP、UDP/TCP/IP、OBEX、WAP、vCard、vCal、IrMC、WAE。
在协议中，规定了为基带控制器、LMP、硬件状态及控制寄存器提供命令接口的主机控制器接口（HCI）。在不同的应用模式下，HCI所处的位置不同。它可以位于L2CAP的下面，也可以在L2CAP之上。
1.2 电缆替代协议应用模式
基于ETSI标准的TS07.10信令的RFCOMM协议，提供了一个基于L2CAP协议之上的串口仿真应用模式。蓝牙协议1.0版中，RFCOMM提供的上层服务模式主要有三种：对9针RS-232接口仿真模式、空Modem仿真模式和多串口仿真模式。典型的RFCOMM应用模式框图如图2所示。
1.3 蓝牙嵌入式应用模式
仅仅以RFCOMM协议为基础，作为串口的电缆替代应用，无形中限制了蓝牙设备的应用范围，降低了蓝牙设备的应用价值。目前计算机与外部设备的接口种类繁多，比较常见的有RS-232、RS-485、Parallel Port、CAN总线、SPI总线、I2C总线等。如果要使蓝牙设备在各种场合发挥作用，必须使蓝牙设备具备适合这些应用场合的多种接口功能。使用DSP数字信号处理器作为嵌入式控制器，不仅实现蓝牙物理设备的初始化、蓝牙高层协议，而且利用其接口灵活的特点，可以方便地对蓝牙电缆替代协议进行有效扩展。具体应用模式如图3所示。
2 系统硬件结构
本系统的构成在硬件上分为两个部分，蓝牙基带和射频部分采用爱立信（ERICSSON）公司提供的蓝牙模块ROK101007；嵌入式控制器采用美国TI公司的TMS320VC54X系列的DSP数字信号处理器。
2.1 ERICSSON蓝牙模块
ROK101007是根据蓝牙规范1.0版（Bluetooth 1.0B Version）而设计的短距离蓝牙通信模块，它包括三个主上部分：基带控制芯片、Flash存储器和Radio芯片。它工作在2.4GHz～2.5GHz的ISM频段，支持声音和数据的传输，其主上功能参数有：
Bluetooth 1.0B预认证；
2级RF射频功率输出；
提供FCC和ETSI纠错处理；
最大460 KB/s UART数据传输速率；
提供UART、USB、PCM、I2C等多种HCI接口；
提供内部晶振；
内部预制HCI框架；
点到点、点到多点操作；
嵌入式屏蔽保护。
ROK101007特别适合计算机及外围设备、手持设备、端口设备使用。其内含的蓝牙协议构架及内部系统框图如图4、图5所示。
2.2 DSP处理器
TMS320C54X是16-bit定点DSP，适合无线通信等实时嵌入式应用的需要。C54x使用了改进的哈佛结构。CPU具有专用硬件算术运算逻辑，大量的片内存储器、增强的片内外设以及高度专业化的指令集，使其具有高度的操作灵活性和运行速度。主要特点如下：
运算速度快：指令周期为25/20/15/12.5/10ns，运算能力为40/50/66/80/100MIPS；
优化的CPU结构：内含1个40位的算术运算逻辑单元，2个40位的累加器，2个40位的加法器，1个17×17的硬件乘法器和1个40位的桶形移位器。有4条内部总线和2个地址产生器等。先进的CPU优化结构可以使DSP高效地实现无线通信系统中的各种功能。
低功耗方式：54x系列DSP可以在3.3V或2.7V电压下工作，而有些DSP内核采用1.8V电压工作以减小功耗。
智能外设：除了标准的串行口和分时复用（TDM）串口外，54x还提供了多路缓冲串口（McBSP）和外部处理器通信的HPI并行接口。
2.3 系统构成
本系统中，采用单5V电源供电，嵌入式系统控制器与蓝牙模块之间的HCI接口采用UART方式。硬件构成框图如图6所示。整个系统分为四个部分：发射机、嵌入式控制器、电源管理、接口逻辑。
（1）发射机由蓝牙模块ROK101007和阻抗为50Ω的天线构成。初始化阶段，模块接收控制器通过UART发送的HCI命令，实现蓝牙设备的复位、启动、地址查询、跳频算法、自动寻呼等初始化操作，与附近的蓝牙设备建立可靠的物理链路，并对物理链路进行相应的加密。在数据传送阶段，接收控制器（HCI驱动模块）送来的HCI数据包，经过模块中HCI固件（HCI Firmwire）转化为基带数据包并送给基带协议层（Baseband）处理，基带对上层送来的数据进行解码，将其变为可以发送的位数据流，按照设定的跳频算法，采用高斯频移键控（GFSK）编码方式通过天线送出去。接收数据时，以相反的过程将接收到的数据进行编码，组合成HCI数据包格式并通过UART口送给控制器。具体的收发执行过程可以参考ROK101007数据及应用手册以及蓝牙协议相关部分。
（2）嵌入式控制器由TI的定点数字信号处理器TMS320C54x、Flash Memory、SRAM组成，完成对蓝牙模块的初始化、数据传送、协议实现等功能。
（3）接口控制逻辑包括应用接口和控制接口。控制接口为控制器的HPI接口，主要实现系统的在线特殊控制和Flash在线编程数据传送口。HPI控制接口通过DSP的HPI主机接口实现。应用接口包括RS-232/RS-485串行接口逻辑、并行接口逻辑（如IEEE488总线）、SI同步串口逻辑，在不同的嵌入式应用中，分别通过不同的接口形式实现本嵌入式系统与主设备控制器的接口。应用接口通过DSP的片内外设（enhanced peripherals）或者通用I/O端口模拟实现。
（4）电源管理。系统通过单5V电源供电，可以简单地从主设备接口中获取电源，无须另加电源器件。电源管理模块采用TI专用电路，提供两路电压输出，+3.3V工作电压和+1.8V控制器内核工作电压。
3 系统软件设计
关键词：软交换；网络融合；可编程网络；应用程序接口
引 言
在传统的基于TDM的PSTN网络中，提供给用户的各项功能都直接与交换机有关，业务和控制都是由交换机完成的。交换机的功能与其提供的业务都需要在每个接点完成，并且采用依靠交换机和信令来提供业务，所以必须在交换机的技术标准和信令标准中对开放的每项业务进行详细规范。如要增加新业务，首先需要修订标准，再对交换机进行改造，每提供一项新业务都需要较长的时期。
为满足用户对新业务的需求，网络中出现了公共的业务平台--智能网。智能网的设计思想就是把呼叫连接和业务提供分开。交换机完成呼叫连接，而智能网完成业务提供，这种方法大大提高了增强业务的能力，缩短了新业务提供的时间。而这种分离仅仅是第一步，随着承载的多样化，必须将呼叫控制和承载连接进一步分离，这正是软交换引入的目的。软交换在未来网络中的位置将被分成接入传送层、媒体层、控制层和业务层，即把控制和业务的提供从媒体层中分离出。
1、软交换技术
（1）软交换的概念
软交换又称为呼叫AGENT、呼叫服务器或媒体网关控制。其最基本的特点和最重要的贡献就是把呼叫控制功能从媒体网关中分离出来，通过服务器或网元上的软件实现基本呼叫控制功能，包括呼叫选路、管理控制、连接控制（建立会话、拆除会话）、信令互通（如从7号信令到IP信令）等。这种分离为控制、交换和软件可编程功能建立分离的平面，使业务提供者可以自由地将传输业务与控制协议结合起来，实现业务转移。这一分离同时意味着呼叫控制和媒体网关之间的开放和标准化，为网络走向开放和可编程创造了条件和基础。
（2）软交换的主要功能
软交换作为新、旧网络融合和关键设备，必须具有以下功能：
1）媒体网关接入功能
该功能可以认为是一种适配功能。它可以连接各种媒体网关，如PSTN/ISDN的IP中继媒体网关、ATM媒体网关、用户媒体网关、无线媒体网关、数据媒体网关等，完成H.248协议功能。同时还可以直接与H.323终端和SIP客户端终端进行连接，提供相应业务。
2）呼叫控制功能
呼叫控制功能是软交换的重要功能之一。它完成基本呼叫的建立、维持和释放，所提供的控制功能包括呼叫处理、连接控制、智能呼叫触发检出和资源控制等。
3）业务提供功能
由于软交换在网络从电路交换向分组交换演进的过程中起着十分重要的作用，因此软交换应能够支持PSTN/ISDN交换机提供的全部业务，包括基本业务和补充业务；同时还应该可以与现有智能网配合，提供现有智能网提供的业务。
4）互联互通功能
目前，存在两种比较流行的IP电话体系结构，一种是ITU-T制定的H.323协议，另一种是IETF制定的SIP协议标准，两者是并列的、不可兼容的体系结构，均可以完成呼叫建立、释放、补充业务、能力交换等功能。软交换可以支持多种协议，当然也可以同时支持这两种协议。
2、基于软交换的增强的业务框架及其接口协议
（1）基于软交换的增值业务框架结构
软交换的引入形成了增强的业务框架，其中应用服务器完成增值业务的执行和管理，提供增值业务的开发平台，并处理与软交换间的接口信令；媒体服务器（Media Server）提供特殊业务（如IVR、会议和传真）的资源平台，处理与媒体网关间的承载接口。
（2）软交换体系结构的接口和采用的通信协议
软交换作为一个开放的实体，与外部的接口必须采用开放的协议。各种接口及其使用的协议如下：
1）媒体网关和软交换间的接口。用于传递软交换和媒体网关间的信令信息。此接口可使用信令控制传输协议（SCTP）或其他类似的协议。
2）软交换间的接口。实现不同软交换间的交互。此接口可以使用会话发起协议SIP-T或BICC（承载无关的呼叫控制）协议。
3）软交换与应用/业务之间的接口协议。提供访问各种数据库、三方应用平台、各种功能服务器等的接口，实现对增值业务、管理业务和三方应用的支持。
如：a、软交换与应用服务器间的接口，可以使用SIP协议或API（如Parlay），提供对三方应用和各种增值业务的支持功能；b、软交换与策略服务器间的接口，可使用COPS协议，实现对网络设备的工作进行动态干预；c、软交换与网管中心间的接口，可使用SNMP协议，实现网络管理；
3、基于软交换技术的网络结构
软交换是下一代网络的核心设备之一，各运营商在组建基于软交换技术的网络结构时，必须考虑到与其它各种网络的互通。在下一代网络中，应有一个较统一的网络系统结构。软交换位于网络控制层，较好地实现了基于分组网利用程控软件提供呼叫控制功能和媒体处理相分离的功能。软交换与应用/业务层之间的接口提供访问各种数据库、三方应用平台、功能服务器等接口，实现对增值业务、管理业务和三方应用的支持。其中：软交换与应用服务器间的接口可采用SIP、API，如Parlay，提供对三方应用和增值业务的支持；软交换与策略服务器间的接口对网络设备工作进行动态干预，可采用COPS协议；软交换与网关中心间的接口实现网络管理，采用SNMP；软交换与智能网SCP之间的接口实现对现有智能网业务的支持，采用INAP协议。
4、总结
软交换将是下一代网络的关键性技术，可以对PSTN向分组网络的过渡提供无缝连接。在电力通信网、电话网等多种专业网都很有应用前途，将为网络的演进作出巨大贡献。软交换的出现，在网络开放性和可编程方面迈出了第一步，代表了网络发展的方向。但软交换只是网络革命的前奏，还有很多的问题需要进一步探讨。
参考文献：
[1] 朱骏.移动话务网管系统中性能数据采集的设计实现[D].北京电邮学.2012年.
[2] 罗国庆等编著.软交换的工程实现 [M].人民电邮出版社.2011.
摘要:采用FPGA技术,在ALTERA公司的FLEX6000系列芯片上实现了从设备模式PCI总线的简化协议,并给出了Windows9x系统下的虚拟设备驱动程序,提供了与应用程序的接口。实现结果表明:该设备结构灵活,功能可靠,有利于与其它模块实现单片集成应用。本系统已应用在数据采集和处理、图像处理等方面。
关键词:PCI总线协议 现场可编程门阵列 虚拟设备驱动
目前,许多公司都提出了新型的计算机高速总线,如Arapahoe总线标准和HyperTransport技术,但各协议互不兼容,没有形成统一标准。作为传统的通用局部总线,PCI总线仍然占据着主流个人电脑市场,具有顽强的生命力。
现在市面上存在着各种PCI接口芯片,如AMCC公司的S5933,PLX的9080系列等。专用芯片可以实现完整的PCI主设备与从设备模式的接口功能,将复杂的PCI总线接口转化相对简单的用户接口,但系统结构受接口芯片的限制,不能灵活地设计目标系统,且成本较高。本文使用符合PCI电气特性的FPGA芯片进行简化的PCI接口逻辑设计,实现了33MHz、32位数据宽度的PCI从设备模块的接口功能,节约了系统的逻辑资源,且可以将其它用户逻辑集成在同一块芯片,降低了成本,增加了设计的灵活性。另外,还给出了Windows9x系统下的设备驱动程序,可以与应用程序接口,形成一个完整的系统。目前,本系统已经被印染企业应用在数据采集和处理等方面。
1 系统构成与功能描述
系统的总体框图如图1所示。
由图1可见,系统的硬件平台为一块PCI卡。此卡的结构十分简洁,主要由FPGA芯片、RAM芯片和输出接口三部分组成。其中,FPGA芯片集成了PCI接口模块和数据处理模块。PCI接口模块实现了33MHz工作时钟、32位总线宽度的接口功能,支持I/O空间、内存空间及配置空间的读写和PCI中断功能。由于简化的PCI接口占用的逻辑资源较少,可在同一块芯片中集成其他用户逻辑。作为一个应用实例,本文加入了一个数据处理模块,对PCI接口传送来的数据进行处理,通过片外的输出接口输出到下位机。RAM芯片为数据处理提供缓存功能。
2 从设备模式下的简化PCI协议的实现
为了实现PCI接口的基本功能,必须完成以下几个模块:
(1)PCI配置空间设置。PCI协议支持三种地址空间:I/O空间、内存空间和配置空间。配置空间提供了支持PCI设备自动配置的机制,是必需的。
(2)PCI从设备状态机。PCI总线状态机是具有PCI总线的计算机系统状态流,是由一个已知状态到另一个状态的条件、时序的描述。这是PCI接口设计中最基本也是最重要的部分。
(3)地址译码和命令译码。地址译码用来确定PCI设备是否应当响应当前总线的操作;命令译码则用来指示PCI设备根据不同的总线命令作出相应的动作。
本文采用ALTERA公司的Max+PlusII软件平台,硬件描述语言使用ALTERA HDL语言,也可以方便地转换民VHDL或VerilogHDL语言。在此之前,先引入PCI总线信号的定义。
2.1 总线信号定义
根据PCI总线协议2.2版,从设备模式下PCI接口至少包含47根引脚。图2给出了按功能划分的引脚分布,左边是必需引脚。右边是可选引脚。为简化起见,本文采用了如下引脚,其他引脚均不使能或置为高阻态。
(1)由系统提供的33MHz的同步时钟信号CLK和复位信号RST#(#表示低电平有效);
(2)关于数据传输的核心信号:32位地址/数据复用线AD[31:0]、总线命令/字节使能复用线C/BE[3:0]#和偶校验信号PAR;
(3)接口控制信号FRAME#、TRDY#、IRDY#、STOP#、DEVSEL#和IDSEL。其中,FRAME#为数据传输起止信号,TRDY#为主设备准备好信号,IRDY#为从设备准备好信号,STOP#为从设备停止请求信号,DEVSEL#为设备选择信号,IDSEL为配置空间读写时的片选信号;