В мир xDSL – с STMicroelectronics. Часть 1. Абонентская часть ADSL

С древнейших времен у человека была потребность в коммуникации. Начиналось все с факелов и сигнальных костров, трансформировалось через газовые фонари и керосиновые лампы, медный телеграф Белла, декадно-шаговые и координатные АТС, системы доступа dial-up и экзотические сети а-ля «Интернет по сетевой розетке» и, наконец, дошло до того, что мы имеем сейчас: 100-мегабитные проводные и беспроводные системы доступа и световоды, обеспечивающие скорость передачи на грани воображения. Ethernet и оптика являются хай-теком телекома, который стоит достаточно приличных денег и требует монтажа и прокладки сетевого кабеля, что еще больше увеличивает стоимость такого решения. Может, есть возможность получить скорость дешево и без капитального ремонта сети абонента? Может, есть возможность заменить старенький E1 на нечто более современное, отвечающее требованиям времени? Конечно же, таким решением может стать аппаратура абонентского уплотнения, или xDSL. Много чего придумали в этой области за последние 10 лет, и для всего STMicroelectronics представляет наборы чипов, изготовленных по самым передовым технологиям.

Одними из самых развивающихся в России в настоящее время являются ADSL-сети и системы. STMicroelectronics, выходя на российский телекоммуникационный рынок, представляет новые чипсеты для построения ADSL-терминалов. Как и в любой другой телекоммуникационной системе, здесь присутствуют абонентская и станционная части. Начнем с абонентской части.

С принятием программы по переводу телефонных станций и линий «на цифру» становится понятно, что коммутируемому доступу жить осталось недолго. Еще года два-три, и все — обычный модем будет совсем никому не нужен. На смену ему придет, несомненно, ADSL-модем. Помимо чипсетов для построения ADSL-модемов STMicroelectronics имеет в своем арсенале готовый модем в корпусе, на котором не хватает только товарного знака вашей фирмы. Есть варианты с интерфейсами USB иPCI, а также со встроенным маршрутизатором, то есть на Ethernet-выход. Итак, поговорим о чипсетах.

UNICORN

Чипсет UNICORN в свое время прославился в Европе. Решения дешевле и производительнее вряд ли где-нибудь можно найти. Существует несколько версий UNICORN, которые отличаются типом аналогового интерфейса, производительностью чипа DMT-модема и т. д. Блок-схема модема на основе этого чипсета представлена на рис. 1.

Чипсет состоит из DMT-модема ST70137, аналогового интерфейса MTC20174, а также операционных усилителей для поддержания нагрузочной способности линии. DMT-модем ST70137 представляет собой микросхему, выполняющую все требования DSP-процессора для одного ADSL-канала. Вот некоторые характеристики ST70137:

• Совместим со стандартом ITU 992.1 (полный ADSL), дополнение A (ADSL over POTS), дополнение B (ADSL over ISDN), а также стандартом ITU 922.2 (G.LITE) и ANSI T1.413.
• Прямой интерфейс на PCI-шину (PCI Release 2.2 и совместим со спецификациями Microsoft PC99&PC2001).
• Прямой интерфейс на USB-шину (совместим со спецификацией USB 1.1).
• Прямой интерфейс с внешней последовательной памятью для более гибкого управления драйверами PCI- и USB-шины.
• Прямое сопряжение с интерфейсными микросхемами (рекомендуются ST70136 или MTC20174 AFE).
• От 4 до 8 линий ввода-вывода общего назначения (в зависимости от выбора интерфейсной микросхемы и конфигурации внешней памяти).
• Интерфейс на схему сброса и формирования тактового сигнала.
• Питание 1,8 и 3,3 В.
• Гибкая система управления питанием.
• Низкое энергопотребление (0,4 Вт).
• Компактный 144-выводной корпус.

MTC20174 — это интерфейсная микросхема с интегрированным драйвером линии. Она содержит очень быстрые ЦАП и АЦП, способные преобразовывать до 8 миллионов сэмплов в секунду. К тому же микросхема на передающей стороне содержит встроенные усилитель мощности и драйвер линии,а также настраиваемые фильтры высших и низших частот с возможностью коррекции характеристического сопротивления.

Чипсет UNICORNинтересен тем, что на его основе можно создать полноценный ADSL-модем с минимальным количеством внешних компонентов. При использовании микросхем других производителей для этого нужно: собственно DMT-модем (причем интегральные решения обычно запредельно дороги), микросхема AFE, интерфейсы USB- или PCI-шины (последние также стоят немало). Получилось много и дорого. А с решением STMicroelectronics все проще: всего две микросхемы, которые только что были описаны. Микросхема ST70137 может напрямую сопрягаться с USB- или PCI-шиной, что облегчает подключение готового устройства к персональному компьютеру (так называемые «внутренний» или «внешний» модемы), а через операционные усилители TS634/35/36 чипсет напрямую выходит на мультиплексор линии.

Именно простота и очень низкая стоимость чипсета UNICORNпозволила компании STMicroelectronics сделать еще один внушительный шаг в покорении xDSL-ниши телекоммуникационного рынка. Для скорейшего внедрения чипсета UNICORNSTMicroelectronics предлагает готовый модем с интерфейсом USB или PCI. Политика следующая: покупаете модемы, ставите на них логотип вашей фирмы, и этот модем — ваш. В поставку модема включается диск с драйверами и программным обеспечением для самых распространенных ОС, таких, как все типы Windows, Linux, UNIX, FreeBSD, MacOS, а для USB-модема в комплект входит еще пластиковый корпус и USB-шнур. Параллельно можно развивать свое собственное производство модемов на чипсете UNICORN от STMicrоelectronics. Наконец, хотелось бы пару слов сказать о стоимости такого решения. Вопреки стереотипу, который создан российскими операторами xDSL-доступа, использующими преимущественно китайские Zyxel, готовый модем от STMicroelectronics стоит на порядок дешевле любого китайского или тайваньского аналога. И это при том, что качество сборки на фабриках западной Европы и Китая вряд ли поддается сравнению.

В состав других версий чипсета UNICORN входят другие микросхемы DMT-модемов и AFE-интерфейсов, которые отличаются друг от друга производительностью, интерфейсами и прочей периферией. USB- и PCI-чипсеты в основном работают со стандартом ADSL, дополнением A и дополнением B. Все они так или иначе незначительно отличаются от ST70137. Так, ST70138 практически не отличается от ST70137, то есть имеет USB-интерфейс, совместимый с USB 1.1, а вот микросхема ST70139 уже работает со второй версией USB-протокола и, кроме того, поддерживает стандарты ADSL+ и ADSL2. ST70138 и ST70139 ожидаются в июле этого года.

Можно долго спорить о том, нужна Utopia или нет, но большое количество производителей микросхем эту схему до сих пор поддерживает. Исключением не стала и STMicroelectronics. Микросхема MTC20166 является ADSL-приемопередатчиком со встроенным ATM-фреймером и контроллером. Она поддерживает стандарты ANSI T1.413 версии 2, ITU G.992.1 и G.992.2 (дополнения A, B и C). Микросхема работает с интерфейсом Utopia 1 и 2 уровней, имеет параллельный интерфейс управления модемом (CTRL-E), поддерживает загрузку кода в процессе работы, а также имеет интерфейс сопряжения с динамической памятью.

ADSL-шлюз

Чипсеты для построения шлюзов также широко представлены в линейке STMicroelectronics. ETNA, LIPARI и SABATINI построены на высокопроизводительных процессорах для SOHO ADSL-шлюзов со встроенной защитой MTC50150, ST50160, ST50152 и ST50180.

Микросхема MTC50150 рекомендована для построения недорогого резидентного ADSL-шлюза, резидентного шлюза с широкополосным приемопередатчиком WAN ADSL, моста WAN-to-LAN и маршрутизатора с приемопередатчиком WAN ADSL и Ethernet-контроллером, или шлюзов для беспроводных локальных сетей. Микросхема очень универсальная: она сочетает в себе функции модема широкополосного доступа (ADSL-трансивер, аналоговый интерфейс), аппаратную реализацию PPP-протокола, CIP, VPN по правилам VPNC-форума, полный ICSA-firewall. ATM-периферия также присутствует в микросхеме: инкапсуляция по RFC1483 и RFC2684 и пр. Наконец, периферия для локальной сети: интерфейс Ethernet 10/100 MII, совместимый сHPNA, два последовательных интерфейса, совместимых с Bluetooth, мост IEEE 801.1d, клиент-сервер DHCP, HTTP-сервер, IP-протокол с множеством настроек и т. д. Структурная схема микросхемы представлена на рис. 2.

Основой такого сетевого процессора служит высокопроизводительное 32-разрядное микропроцессорное ядро ARM946E, которое обладает встроенной кэш-памятью и способно работать на частоте до 150 МГц, при этом за счет встроенного PLL, частота внешнего генератора составляет 35 МГц. Каждое внутренне устройство микросхемы «живет» за счет своего тактового сигнала, который получается из общего делением частоты. Встроенная статическая оперативная память позволяет быстро кэшировать данные и работать со стеком без инициализации SDRAM. А для хранения больших объемов временных данных микросхема имеет контроллер SDRAM, через который происходит прямое подключение к динамической памяти. Микросхема очень сложна и разнообразна по своим функциональным применениям, поэтому подробно описать каждое устройство здесь не удастся.

Микросхема ST50160 практически идентична вышеописанной MTC50150, но еще имеет встроенный USB-контроллер, что позволяет использовать ее в качестве, например, моста USB-Ethernet или чего-то подобного. Напротив, чип ST50152 утратил мощь своего предшественника MTC50150, которая для большого количества задач оказывалась слишком избыточной. У него нет режимов кодирования, MII-интерфейсов, но есть интерфейс PCMCIA, который в некоторых приложениях очень даже полезен. Наконец, микросхема ST50180 еще больше функциональна, чем MTC50150. Она содержит в себе и USB-хост, и Ethernet-контроллер, а также может работать с линиями стандарта ADSL со всеми дополнениями, ADSL 2+, LDSL. Появление этой микросхемы ожидается в третьем квартале текущего года.

VoDSL

Наконец, Voice Over DSL также представлен в линейке STMicroelectronics. Чипсет получил название Demon и основан на двух микросхемах — DMT-модеме и VoIP-процессоре, о которых, собственно, и пойдет речь. ST50160 уже описана выше, а микросхема STLC1502 является полноценным VoIP-процессором. При использовании в учрежденческой сети чипсет позволяет расширить текущую телефонную сеть до современной многофункциональной коммуникационной среды, основанной на локальной или глобальной IP-сети. Вот основные параметры процессора STLC1502:

• современная HCMOS7-технология;
• питание 2,5 В;
• 32-разрядное RISC-ядро ARM7TDMI;
• встроенный высокопроизводительный 16-разрядный DSP (фиксированная точка, 120 MIPS);
• два Ethernet-контроллера 10/100 Base-T;
• поддержка VLAN;
• Ethernet-мост;
• JTAG-интерфейс;
• низкое энергопотребление.

К процессору имеется полный набор программного обеспечения, к которому относятся: операционная система реального времени, стеки сетевых протоколов, TCP/IP, HTTP, UDP, TFTP, DHCP-серверы, драйверы Ethernet/PC, управление стеками, сигнальные протоколы, кодеки голоса, написанные специально для DSP-ядра D950, и т. д. На основе этого процессора можно построить практически любое устройство домашней или офисной сети, и один из примеров — это VoDSL, который представлен на рис. 3.

LIPARI и STRADIVARIUS вместе образуют чипсет Demon. LIPARI представляет собой ADSL-шлюз, построенный на микросхеме ST50160 и имеющий MII-интерфейс, STRADIVARIUS — это типичный IP-шлюз. Теперь посмотрим, что представляет собой эта система. Благодаря наличию двух MII-интерфейсов, STLC1502 позволяет объединить телефонную офисную сеть, локальную офисную сеть и соединить их с глобальным ADSL-каналом. Один MII-интерфейс подключен к MII-выходу чипсета LIPARI, к микросхеме ST50160. Она через аналоговый интерфейс MTC20174 (или любой другой, описанный в настоящей статье) и осуществляет выход на ADSL-канал. Другой MII-выход микросхемы STLC1502 подключен к физическому Ethernet-интерфейсу — микросхеме STE100P, описание которой можно найти на сайте. Другой стороной STE100P подключена к линии Ethernet 10/100, на основе которой может быть спроектирована локальная сеть дома или компании. SPI- и PCM-интерфейсы микросхемы STLC1502 могут служить для управления кодеком STLC5048 (или STLC5046, если нужна не очень большая гибкость), а дальше все как в обычной телефонной линии: микросхемы SLIC, реле, защита и телефонные аппараты или факсы. Получилось «не просто, а очень просто». Разумеется, в качестве ADSL-шлюза можно использовать и другие чипсеты, имеющие в своем арсенале MII-интерфейс, а можно и не Ethernet, а скажем VDSL или HDSL использовать в качестве основы для местной сети. Наконец, эту схему можно преобразовать в обычный сплиттер, который используется в ADSL-линиях, правда эффективность такого решения будет не очень высокая.

Заключение

Что касается абонентской части ADSL, то здесь, наверное, можно подвести черту. Стоит лишь упомянуть о постоянном развитии ADSL-чипов у STMicroelectronics, применения новых технологий, и как следствие, снижение их цены. Ну и, конечно же, благодаря использованию этих чипсетов уникальная возможность занять не совсем еще заполненную нишу ADSL-модемов в кратчайшие сроки вряд ли может быть упущена.

Продолжение следует