基于μC/OS-II接入網接口設計方案

引言

隨著計算機網絡技術和通信技術的不斷發展，接入網（AN）的多樣性和復雜性也在不斷增加。為了應對這些挑戰，國際電信聯盟（ITU）制定了V5接口的標準，包括V5.1和V5.2接口。這些標準使得交換機可以通過接口支持多種類型的用戶接入，提高了系統的開放性和靈活性。在此基礎上，本文將詳細介紹基于μC/OS-II的接入網接口設計方案，包括主控芯片的選擇及其在設計中的作用。

一、V5接口概述

V5接口是ITU為接入網（AN）和本地交換機（LE）之間定義的數字接口標準。根據速率的不同，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2048kbit/s鏈路構成，主要用于支持模擬電話接入以及基于64kbit/s的綜合業務數字網（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字接入。

2. V5.2接口

   V5.2接口根據需要可以由1到16個2048kbit/s鏈路構成，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、數據鏈路層和協議層。

• 物理層：由1到16個符合ITU的G.703和G.732建議的2Mbit/s的數據鏈路構成。

• 數據鏈路層：僅對C通路而言，使用的規程稱為LAPV5，其目的是為了允許靈活地將不同的信息流復用到C通路上去。它又可進一步分為兩個子層，即數據包封裝功能子層（LAPV5-EF）和數據鏈路子層（LAPV5-DL）。

• 協議層：包括PSTN協議、公共控制協議、鏈路控制協議、BCC協議和保護協議。

二、μC/OS-II簡介

μC/OS-II是一種著名的、源碼公開的實時內核，可用于各類8位、16位和32位單片機或DSP。它具有以下特點：

1. 穩定性與可靠性：μC/OS-II自1992年以來已經有數百個商業應用，其內核與μC/OS一致，只是提供了更多的功能。此外，μC/OS-II在一個航空項目中得到了美國聯邦航空管理局對商用飛機的、符合RTCA DO-178B標準的認證。

2. 多任務管理：μC/OS-II最多支持56個任務，任務調度采用優先級搶占調度算法，總是執行就緒態的優先級最高的任務。

3. 任務間通信：支持SemaphorE（信號量）、Mailbox（郵箱）、MessageQueuE（消息隊列）等多種常用的進程間通信機制。

三、主控芯片的選擇及其在設計中的作用

在選擇主控芯片時，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計中的作用。

1. 89C55單片機

   型號：89C55

   作用：

   設計中的應用：

• 在基于μC/OS-II的接入網接口設計中，89C55可以作為核心處理器，負責控制接口的物理層和數據鏈路層的數據傳輸。

• 通過與RTL8019AS以太網控制芯片的配合，實現TCP/IP協議棧的嵌入，實現遠程設備的監控和維護。

• 性能：89C55具有20K的ROM，內部結構簡單，代碼可移植性強。

• 功耗：功耗較低，適合用于價格低廉的嵌入式系統中。

• 兼容性：與μC/OS-II兼容性好，只需對與硬件相關的底層函數進行修改，即可實現良好的移植。

2. RTL8019AS以太網控制芯片

   型號：RTL8019AS

   作用：

   設計中的應用：

• 在基于μC/OS-II的接入網接口設計中，RTL8019AS作為以太網接口控制器，負責實現TCP/IP協議棧，實現遠程數據的傳輸和交互。

• 通過與89C55單片機的配合，實現數據的接收和發送，以及網絡接口的控制和管理。

• 性能：RTL8019AS是Realtek公司生產的以太網接口控制器，符合NE2000標準，遵循IEEE802.3協議。支持8位、16位的數據總線，有即插即用、跳線和免跳線三種工作方式。

• 兼容性：與多種單片機兼容，適合用于嵌入式系統中。

• 功能：內置16KB RAM，用作收發緩沖以降低對主處理器的請求頻率。內部還有遠程DMA通道和本地DMA通道。

3. ISP1161 USB控制芯片

   型號：ISP1161

   作用：

   設計中的應用：

• 在基于μC/OS-II的接入網接口設計中，ISP1161作為USB控制芯片，負責實現USB接口的數據傳輸和控制。

• 通過與89C55單片機的配合，實現USB設備的連接和管理，以及數據的讀寫操作。

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

• 兼容性：與多種單片機兼容，適合用于嵌入式系統中。

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

四、基于μC/OS-II的接入網接口設計方案

基于μC/OS-II的接入網接口設計方案主要包括硬件設計和軟件設計兩部分。

1. 硬件設計

   硬件設計部分主要包括主控芯片、以太網控制芯片、USB控制芯片以及相關外設的連接和配置。

• 主控芯片：選擇89C55單片機作為核心處理器，負責控制整個系統的運行。

• 以太網控制芯片：選擇RTL8019AS以太網控制芯片，實現TCP/IP協議棧的嵌入和遠程數據的傳輸。

• USB控制芯片：選擇ISP1161 USB控制芯片，實現USB接口的數據傳輸和控制。

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

2. 軟件設計

   軟件設計部分主要包括μC/OS-II操作系統的移植、TCP/IP協議棧的實現、USB協議棧的實現以及接入網接口控制程序的設計。

• 設計接入網接口的物理層和數據鏈路層的控制程序，實現數據的接收和發送、接口狀態檢測等功能。

• 實現V5.1和V5.2接口協議的處理和轉換，支持多種用戶接入類型。

• 設計接口保護協議和故障恢復機制，提高系統的可靠性和穩定性。

• 在μC/OS-II平臺上實現USB協議棧，包括USB設備枚舉、數據傳輸和控制等功能的實現。

• 配置USB設備的描述符和端點信息。

• 實現USB設備的連接和斷開檢測、數據傳輸等功能。

• 在μC/OS-II平臺上實現TCP/IP協議棧，包括IP層、TCP層、UDP層等協議的實現。

• 配置網絡參數，如IP地址、子網掩碼、網關等。

• 實現網絡通信功能，包括數據的接收和發送、連接管理等。

• 改寫與硬件相關的匯編語言代碼，實現操作系統的任務切換函數、中斷控制函數等。

• 初始化任務棧結構，配置任務優先級和調度策略。

• μC/OS-II操作系統的移植：

• TCP/IP協議棧的實現：

• USB協議棧的實現：

• 接入網接口控制程序的設計：

五、結論

基于μC/OS-II的接入網接口設計方案通過選擇合適的主控芯片、以太網控制芯片和USB控制芯片，實現了接入網接口的硬件設計和軟件設計。該方案具有性能穩定、功耗低、成本適中、兼容性好等優點，適用于多種接入配置和業務發展的需要。同時，通過μC/OS-II操作系統的多任務管理和任務間通信機制，實現了接入網接口的高效控制和管理，提高了系統的實時性和并發性。未來，隨著通信技術的不斷發展，該方案還可以進一步擴展和優化，以適應更多復雜和多樣化的接入網應用場景。