基于μC/OS-II接入网接口设计方案

引言

随着计算机网络技术和通信技术的不断发展，接入网（AN）的多样性和复杂性也在不断增加。为了应对这些挑战，国际电信联盟（ITU）制定了V5接口的标准，包括V5.1和V5.2接口。这些标准使得交换机可以通过接口支持多种类型的用户接入，提高了系统的开放性和灵活性。在此基础上，本文将详细介绍基于μC/OS-II的接入网接口设计方案，包括主控芯片的选择及其在设计中的作用。

一、V5接口概述

V5接口是ITU为接入网（AN）和本地交换机（LE）之间定义的数字接口标准。根据速率的不同，V5接口分为V5.1和V5.2两种类型。

1. V5.1接口

   V5.1接口由单个2048kbit/s链路构成，主要用于支持模拟电话接入以及基于64kbit/s的综合业务数字网（ISDN）基本接入，还可以用于半永久连接的、不加带外信令信息的其他模拟接入或数字接入。

2. V5.2接口

   V5.2接口根据需要可以由1到16个2048kbit/s链路构成，除了支持V5.1接口提供的接入类型外，还可以支持ISDN一次群速率接入。V5.2接口由三层组成：物理层、数据链路层和协议层。

• 物理层：由1到16个符合ITU的G.703和G.732建议的2Mbit/s的数据链路构成。

• 数据链路层：仅对C通路而言，使用的规程称为LAPV5，其目的是为了允许灵活地将不同的信息流复用到C通路上去。它又可进一步分为两个子层，即数据包封装功能子层（LAPV5-EF）和数据链路子层（LAPV5-DL）。

• 协议层：包括PSTN协议、公共控制协议、链路控制协议、BCC协议和保护协议。

二、μC/OS-II简介

μC/OS-II是一种著名的、源码公开的实时内核，可用于各类8位、16位和32位单片机或DSP。它具有以下特点：

1. 稳定性与可靠性：μC/OS-II自1992年以来已经有数百个商业应用，其内核与μC/OS一致，只是提供了更多的功能。此外，μC/OS-II在一个航空项目中得到了美国联邦航空管理局对商用飞机的、符合RTCA DO-178B标准的认证。

2. 多任务管理：μC/OS-II最多支持56个任务，任务调度采用优先级抢占调度算法，总是执行就绪态的优先级最高的任务。

3. 任务间通信：支持SemaphorE（信号量）、Mailbox（邮箱）、MessageQueuE（消息队列）等多种常用的进程间通信机制。

三、主控芯片的选择及其在设计中的作用

在选择主控芯片时，需要综合考虑其性能、功耗、成本以及与μC/OS-II的兼容性。以下是几种常见的主控芯片型号及其在设计中的作用。

1. 89C55单片机

   型号：89C55

   作用：

   设计中的应用：

• 在基于μC/OS-II的接入网接口设计中，89C55可以作为核心处理器，负责控制接口的物理层和数据链路层的数据传输。

• 通过与RTL8019AS以太网控制芯片的配合，实现TCP/IP协议栈的嵌入，实现远程设备的监控和维护。

• 性能：89C55具有20K的ROM，内部结构简单，代码可移植性强。

• 功耗：功耗较低，适合用于价格低廉的嵌入式系统中。

• 兼容性：与μC/OS-II兼容性好，只需对与硬件相关的底层函数进行修改，即可实现良好的移植。

2. RTL8019AS以太网控制芯片

   型号：RTL8019AS

   作用：

   设计中的应用：

• 在基于μC/OS-II的接入网接口设计中，RTL8019AS作为以太网接口控制器，负责实现TCP/IP协议栈，实现远程数据的传输和交互。

• 通过与89C55单片机的配合，实现数据的接收和发送，以及网络接口的控制和管理。

• 性能：RTL8019AS是Realtek公司生产的以太网接口控制器，符合NE2000标准，遵循IEEE802.3协议。支持8位、16位的数据总线，有即插即用、跳线和免跳线三种工作方式。

• 兼容性：与多种单片机兼容，适合用于嵌入式系统中。

• 功能：内置16KB RAM，用作收发缓冲以降低对主处理器的请求频率。内部还有远程DMA通道和本地DMA通道。

3. ISP1161 USB控制芯片

   型号：ISP1161

   作用：

   设计中的应用：

• 在基于μC/OS-II的接入网接口设计中，ISP1161作为USB控制芯片，负责实现USB接口的数据传输和控制。

• 通过与89C55单片机的配合，实现USB设备的连接和管理，以及数据的读写操作。

• 性能：ISP1161是Philips公司生产的通用串行总线（USB）主机控制器（HC）和设备控制器（DC），遵循USB 1.1，支持全速（12 Mbit/s）及低速（1.5 Mbit/s）两种数据传输模式。

• 兼容性：与多种单片机兼容，适合用于嵌入式系统中。

• 功能：提供两个下行端口和一个上行端口，每一个下行端口都有一个过流（OC）检测输入引脚及电源开关控制输出端，上行端口也有自身的VBUS检测输入端。

四、基于μC/OS-II的接入网接口设计方案

基于μC/OS-II的接入网接口设计方案主要包括硬件设计和软件设计两部分。

1. 硬件设计

   硬件设计部分主要包括主控芯片、以太网控制芯片、USB控制芯片以及相关外设的连接和配置。

• 主控芯片：选择89C55单片机作为核心处理器，负责控制整个系统的运行。

• 以太网控制芯片：选择RTL8019AS以太网控制芯片，实现TCP/IP协议栈的嵌入和远程数据的传输。

• USB控制芯片：选择ISP1161 USB控制芯片，实现USB接口的数据传输和控制。

• 外设连接：包括RS232接口用于测试，RJ45接口用于连接到以太网，以及其他必要的接口和电路。

2. 软件设计

   软件设计部分主要包括μC/OS-II操作系统的移植、TCP/IP协议栈的实现、USB协议栈的实现以及接入网接口控制程序的设计。

• 设计接入网接口的物理层和数据链路层的控制程序，实现数据的接收和发送、接口状态检测等功能。

• 实现V5.1和V5.2接口协议的处理和转换，支持多种用户接入类型。

• 设计接口保护协议和故障恢复机制，提高系统的可靠性和稳定性。

• 在μC/OS-II平台上实现USB协议栈，包括USB设备枚举、数据传输和控制等功能的实现。

• 配置USB设备的描述符和端点信息。

• 实现USB设备的连接和断开检测、数据传输等功能。

• 在μC/OS-II平台上实现TCP/IP协议栈，包括IP层、TCP层、UDP层等协议的实现。

• 配置网络参数，如IP地址、子网掩码、网关等。

• 实现网络通信功能，包括数据的接收和发送、连接管理等。

• 改写与硬件相关的汇编语言代码，实现操作系统的任务切换函数、中断控制函数等。

• 初始化任务栈结构，配置任务优先级和调度策略。

• μC/OS-II操作系统的移植：

• TCP/IP协议栈的实现：

• USB协议栈的实现：

• 接入网接口控制程序的设计：

五、结论

基于μC/OS-II的接入网接口设计方案通过选择合适的主控芯片、以太网控制芯片和USB控制芯片，实现了接入网接口的硬件设计和软件设计。该方案具有性能稳定、功耗低、成本适中、兼容性好等优点，适用于多种接入配置和业务发展的需要。同时，通过μC/OS-II操作系统的多任务管理和任务间通信机制，实现了接入网接口的高效控制和管理，提高了系统的实时性和并发性。未来，随着通信技术的不断发展，该方案还可以进一步扩展和优化，以适应更多复杂和多样化的接入网应用场景。