RTL8213M千兆光纤收发器设计与应用

   
    目前，光纤传输是有线电视CATV网络最主要的传输手段。光纤传输电视节目具有频带宽、容量大、损耗低、重量轻、抗干扰能力强、保真度高、工作性能可靠等优点，不仅能扩大有线电视覆盖面，减少传输线路中放大器的个数，提高整个有线电视 系统的指标，而且解决了全电缆网放大器维护难的问题[1] 。另一方面，随着有线电视技术的不断发展，数据传输量翻倍增长，传统100M以太网很难再满足用户对数据业务的带宽要求，千兆网技术成为当今网络新建和网络改造的首选主流网络技术。目前，在企业局域网和城域网建设中，千兆网技术成为首选的高速网络技术。千兆网技术完全兼容快速以太网技术规范，充分保护现有网络基础设施的投资，采用802.3z 和802.3ab两个布线标准，从而加强对综合布线系统的性能要求。千兆网技术取代快速以太网是未来发展必然趋势。 作为千兆传输网核心设备之一，千兆光纤收发器主要功能是光电转换以及部分网管。在本设计中，其核心芯片采用REALTEK公司于2009年投产的内嵌8051处理器的千兆网络芯片RTL8213M。该芯片支持光电转换、光中继、光口1+1保护等多种系统应用，支持内嵌处理器及多种网络接口[2]。

2.1系统工作方式选择 在千兆网络芯片RTL8213M内部含有3个媒体存取控制模块MAC，其中MAC0 和MAC1模块网络连接方式可通过相应复用管脚在系统上电瞬间的电平来配置，其两种网络连接方式分别如图1和图2所示，而MAC2与处理器8051连接，并与其它MAC共享查找表和数据包缓存器，以供8051处理器统计网管信息。 在连接方式1中，同一端口内嵌以太网PHY和SerDes两种媒体接口电路，PHY提供千兆电口，SerDes提供千兆光接口，在系统应用中同一端口只能有一种媒体接口电路工作，故可以实现光口到光口的光中继器，也可以实现光口到电口的媒体转化器。在连接方式2中，两个SerDes共享MAC0，可以实现光口到电口的转换器，同时提供光口1+1保护。为了满足用户要求，提供稳定可靠的服务，在设计中选择第二种网络连接方式[4]。
                             
   2.2 内嵌处理器及网管策略 内嵌处理器是千兆网芯片RTL8213M区别于其它同类型转换芯片的最大特点，其处理器采用工业标准8051。 内嵌8051主要提供了三种接口：FLASH+SRAM接口、EEPROM接口以及串口。FLASH+SRAM接口是为8051提供外部存储器，EEPROM接口是为在1+1网络模式下提供加载程序存储器，对于串口，终端能通过该接口访问内嵌8051，从而对局端和远端设备进行网管。 终端通过串口对千兆光纤收发器进行网络管理分为远端网络台式管理和局端网络卡式管理。千兆网兼容百兆网络，划分为局端网络和远端网络。在局端网络，台式1000M光纤收发器对1000M以太网业务和1000M光口业务进行转换，将用户侧千兆以太网业务送到光纤上去传送。基于光纤高容量低损耗等特性，高速业务可靠地被传送给局端，由局端卡式千兆光纤收发器转换为1000M以太网业务，将一定数目的用户接至多口交换机，在交换机内实现用户数据交换。 在局端网络，将多个卡式千兆光纤收发器进行机框设计，即将多块用户子卡和1块监控卡插在同一块背板上，在背板上网管卡通过串口与各卡式设备连接，如图3所示

                             

监控卡即网管盘，通过以太网口和监控终端相连，实现集中管理，可查看网络中所有本端和远端的电口和光口运行状态，这种网管方式称为带外网管。另外一种网管方式为带内网管，即监控终端通过以太网口与千兆交换机连接，实现集中管理[3]。 对于千兆光纤收发器带外网管，和传统光纤收发器网管方式类似，主要包含以下内容： （1）芯片内嵌8051处理器串口等硬件驱动； （2）芯片初始化配置； （3）接收监管卡中ARM下发的各种信息指令并作出应答； （4）通过TS-1000或802.3ah和远端建立通信[5]； （5）远端各状态信息收集； （6）透传网管帧到远端，以便ARM对远端设备进行网管； （7）主动发送本端各状态到远端； （8）私有串口网管协议。 而对于带内网管，直接使用千兆网络芯片所自带的SDK里的MIB文件，移植SDK里面的代码到芯片内嵌8051处理器中，完成芯片初始化配置。其通信协议采用SNMP协议，直接使用SDK里的MIB文件。带内网管开发周期短，但需考虑与网络的兼容性。

2.3点灯策略 千兆网络芯片支持串行点灯模式和并行点灯模式，对于带外网管，其卡式设备中并行点灯的通用管脚作为卡地址线使用，故系统采用串行点灯模式。芯片输出串行数据和时钟，通过74164移位输出。 3 测试 测试分为基本测试、网管测试和性能测试3个阶段。基本测试主要是检测两台设备是否能够对通，具体方法是将两台设备的光口通过光纤连接，两台设备的电口与以太网测试仪收发端连接，通过调试终端发千兆速率数据包，查看收到的数据包是否与发送的相等。网管测试主要是将程序下载到处理器后，测试设备的网管功能是否正常。性能测试参考TIA-568-B标准，采用永久链路连接方式，测试参数包含近端串扰与衰减差、传输延迟和延迟偏差、特性阻抗、近端串扰损耗、近端串扰与衰减差以及综合等电平远端串扰等[6]。

采用内嵌处理器的千兆网转换芯片，能有效地对局端和远端千兆光纤收发器的状态进行远程监控，在局端采用ARM处理器对所有用户业务进行集中处理，具有界面友好、操作方便、多功能等特点，并充分结合C／S模式的优点，适用于电信级的应用。