基于μC/OS-II接入網(wǎng)接口設(shè)計(jì)方案

引言

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展，接入網(wǎng)（AN）的多樣性和復(fù)雜性也在不斷增加。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，國際電信聯(lián)盟（ITU）制定了V5接口的標(biāo)準(zhǔn)，包括V5.1和V5.2接口。這些標(biāo)準(zhǔn)使得交換機(jī)可以通過接口支持多種類型的用戶接入，提高了系統(tǒng)的開放性和靈活性。在此基礎(chǔ)上，本文將詳細(xì)介紹基于μC/OS-II的接入網(wǎng)接口設(shè)計(jì)方案，包括主控芯片的選擇及其在設(shè)計(jì)中的作用。

一、V5接口概述

V5接口是ITU為接入網(wǎng)（AN）和本地交換機(jī)（LE）之間定義的數(shù)字接口標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)速率的不同，V5接口分為V5.1和V5.2兩種類型。

1. V5.1接口

   V5.1接口由單個(gè)2048kbit/s鏈路構(gòu)成，主要用于支持模擬電話接入以及基于64kbit/s的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）基本接入，還可以用于半永久連接的、不加帶外信令信息的其他模擬接入或數(shù)字接入。

2. V5.2接口

   V5.2接口根據(jù)需要可以由1到16個(gè)2048kbit/s鏈路構(gòu)成，除了支持V5.1接口提供的接入類型外，還可以支持ISDN一次群速率接入。V5.2接口由三層組成：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和協(xié)議層。

• 物理層：由1到16個(gè)符合ITU的G.703和G.732建議的2Mbit/s的數(shù)據(jù)鏈路構(gòu)成。

• 數(shù)據(jù)鏈路層：僅對C通路而言，使用的規(guī)程稱為LAPV5，其目的是為了允許靈活地將不同的信息流復(fù)用到C通路上去。它又可進(jìn)一步分為兩個(gè)子層，即數(shù)據(jù)包封裝功能子層（LAPV5-EF）和數(shù)據(jù)鏈路子層（LAPV5-DL）。

• 協(xié)議層：包括PSTN協(xié)議、公共控制協(xié)議、鏈路控制協(xié)議、BCC協(xié)議和保護(hù)協(xié)議。

二、μC/OS-II簡介

μC/OS-II是一種著名的、源碼公開的實(shí)時(shí)內(nèi)核，可用于各類8位、16位和32位單片機(jī)或DSP。它具有以下特點(diǎn)：

1. 穩(wěn)定性與可靠性：μC/OS-II自1992年以來已經(jīng)有數(shù)百個(gè)商業(yè)應(yīng)用，其內(nèi)核與μC/OS一致，只是提供了更多的功能。此外，μC/OS-II在一個(gè)航空項(xiàng)目中得到了美國聯(lián)邦航空管理局對商用飛機(jī)的、符合RTCA DO-178B標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證。

2. 多任務(wù)管理：μC/OS-II最多支持56個(gè)任務(wù)，任務(wù)調(diào)度采用優(yōu)先級搶占調(diào)度算法，總是執(zhí)行就緒態(tài)的優(yōu)先級最高的任務(wù)。

3. 任務(wù)間通信：支持SemaphorE（信號量）、Mailbox（郵箱）、MessageQueuE（消息隊(duì)列）等多種常用的進(jìn)程間通信機(jī)制。

三、主控芯片的選擇及其在設(shè)計(jì)中的作用

在選擇主控芯片時(shí)，需要綜合考慮其性能、功耗、成本以及與μC/OS-II的兼容性。以下是幾種常見的主控芯片型號及其在設(shè)計(jì)中的作用。

1. 89C55單片機(jī)

   型號：89C55

   作用：

   設(shè)計(jì)中的應(yīng)用：

• 在基于μC/OS-II的接入網(wǎng)接口設(shè)計(jì)中，89C55可以作為核心處理器，負(fù)責(zé)控制接口的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)傳輸。

• 通過與RTL8019AS以太網(wǎng)控制芯片的配合，實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧的嵌入，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備的監(jiān)控和維護(hù)。

• 性能：89C55具有20K的ROM，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，代碼可移植性強(qiáng)。

• 功耗：功耗較低，適合用于價(jià)格低廉的嵌入式系統(tǒng)中。

• 兼容性：與μC/OS-II兼容性好，只需對與硬件相關(guān)的底層函數(shù)進(jìn)行修改，即可實(shí)現(xiàn)良好的移植。

2. RTL8019AS以太網(wǎng)控制芯片

   型號：RTL8019AS

   作用：

   設(shè)計(jì)中的應(yīng)用：

• 在基于μC/OS-II的接入網(wǎng)接口設(shè)計(jì)中，RTL8019AS作為以太網(wǎng)接口控制器，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳輸和交互。

• 通過與89C55單片機(jī)的配合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，以及網(wǎng)絡(luò)接口的控制和管理。

• 性能：RTL8019AS是Realtek公司生產(chǎn)的以太網(wǎng)接口控制器，符合NE2000標(biāo)準(zhǔn)，遵循IEEE802.3協(xié)議。支持8位、16位的數(shù)據(jù)總線，有即插即用、跳線和免跳線三種工作方式。

• 兼容性：與多種單片機(jī)兼容，適合用于嵌入式系統(tǒng)中。

• 功能：內(nèi)置16KB RAM，用作收發(fā)緩沖以降低對主處理器的請求頻率。內(nèi)部還有遠(yuǎn)程DMA通道和本地DMA通道。

3. ISP1161 USB控制芯片

   型號：ISP1161

   作用：

   設(shè)計(jì)中的應(yīng)用：

• 在基于μC/OS-II的接入網(wǎng)接口設(shè)計(jì)中，ISP1161作為USB控制芯片，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)USB接口的數(shù)據(jù)傳輸和控制。

• 通過與89C55單片機(jī)的配合，實(shí)現(xiàn)USB設(shè)備的連接和管理，以及數(shù)據(jù)的讀寫操作。

• 性能：ISP1161是Philips公司生產(chǎn)的通用串行總線（USB）主機(jī)控制器（HC）和設(shè)備控制器（DC），遵循USB 1.1，支持全速（12 Mbit/s）及低速（1.5 Mbit/s）兩種數(shù)據(jù)傳輸模式。

• 兼容性：與多種單片機(jī)兼容，適合用于嵌入式系統(tǒng)中。

• 功能：提供兩個(gè)下行端口和一個(gè)上行端口，每一個(gè)下行端口都有一個(gè)過流（OC）檢測輸入引腳及電源開關(guān)控制輸出端，上行端口也有自身的VBUS檢測輸入端。

四、基于μC/OS-II的接入網(wǎng)接口設(shè)計(jì)方案

基于μC/OS-II的接入網(wǎng)接口設(shè)計(jì)方案主要包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。

1. 硬件設(shè)計(jì)

   硬件設(shè)計(jì)部分主要包括主控芯片、以太網(wǎng)控制芯片、USB控制芯片以及相關(guān)外設(shè)的連接和配置。

• 主控芯片：選擇89C55單片機(jī)作為核心處理器，負(fù)責(zé)控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。

• 以太網(wǎng)控制芯片：選擇RTL8019AS以太網(wǎng)控制芯片，實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧的嵌入和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳輸。

• USB控制芯片：選擇ISP1161 USB控制芯片，實(shí)現(xiàn)USB接口的數(shù)據(jù)傳輸和控制。

• 外設(shè)連接：包括RS232接口用于測試，RJ45接口用于連接到以太網(wǎng)，以及其他必要的接口和電路。

2. 軟件設(shè)計(jì)

   軟件設(shè)計(jì)部分主要包括μC/OS-II操作系統(tǒng)的移植、TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)、USB協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)以及接入網(wǎng)接口控制程序的設(shè)計(jì)。

• 設(shè)計(jì)接入網(wǎng)接口的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的控制程序，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送、接口狀態(tài)檢測等功能。

• 實(shí)現(xiàn)V5.1和V5.2接口協(xié)議的處理和轉(zhuǎn)換，支持多種用戶接入類型。

• 設(shè)計(jì)接口保護(hù)協(xié)議和故障恢復(fù)機(jī)制，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

• 在μC/OS-II平臺上實(shí)現(xiàn)USB協(xié)議棧，包括USB設(shè)備枚舉、數(shù)據(jù)傳輸和控制等功能的實(shí)現(xiàn)。

• 配置USB設(shè)備的描述符和端點(diǎn)信息。

• 實(shí)現(xiàn)USB設(shè)備的連接和斷開檢測、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?/span>

• 在μC/OS-II平臺上實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧，包括IP層、TCP層、UDP層等協(xié)議的實(shí)現(xiàn)。

• 配置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，如IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)等。

• 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信功能，包括數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送、連接管理等。

• 改寫與硬件相關(guān)的匯編語言代碼，實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)的任務(wù)切換函數(shù)、中斷控制函數(shù)等。

• 初始化任務(wù)棧結(jié)構(gòu)，配置任務(wù)優(yōu)先級和調(diào)度策略。

• μC/OS-II操作系統(tǒng)的移植：

• TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)：

• USB協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)：

• 接入網(wǎng)接口控制程序的設(shè)計(jì)：

五、結(jié)論

基于μC/OS-II的接入網(wǎng)接口設(shè)計(jì)方案通過選擇合適的主控芯片、以太網(wǎng)控制芯片和USB控制芯片，實(shí)現(xiàn)了接入網(wǎng)接口的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。該方案具有性能穩(wěn)定、功耗低、成本適中、兼容性好等優(yōu)點(diǎn)，適用于多種接入配置和業(yè)務(wù)發(fā)展的需要。同時(shí)，通過μC/OS-II操作系統(tǒng)的多任務(wù)管理和任務(wù)間通信機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了接入網(wǎng)接口的高效控制和管理，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和并發(fā)性。未來，隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，該方案還可以進(jìn)一步擴(kuò)展和優(yōu)化，以適應(yīng)更多復(fù)雜和多樣化的接入網(wǎng)應(yīng)用場景。