發(fā)布時(shí)間：2022-10-10 04:59:30
序言：寫(xiě)作是分享個(gè)人見(jiàn)解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的接口協(xié)議樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
關(guān)鍵詞：多路接口； E1； 協(xié)議轉(zhuǎn)換； FPGA
中圖分類號(hào)：TN712-34
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
文章編號(hào)：1004-373X(2011)09-0069-04
Design and Implementation of Protocol Converter for Multiple Interfaces and E1
YU Fa-hong1, LIU Wan2, WANG Zhan-feng2
(1. College of Electronic Technology, PLA Information Engineering University, Zhengzhou 450000, China;
2. Northern Institute of Information Technology, Beijing 100072, China)
Abstract： Since the communication bandwidth is widened increasingly, a design of protocol converter based on FPGA and MPC875 for multiple interfaces and E1 is proposed to solve the problem that the low-speed devices can not be connected to high-speed E1 lines. The hardware functional block diagram and the selection method of major components are provided. The dispatching method of multi-interface data, empty timeslot disposal strategy, FPGA structure design and software design flow are elaborated. Through the realization of protocol conversion for RS 232, RS 449, V.35 and E1, this design is proved to be feasible.
Keywords： multi-interface; E1; protocol convertion; FPGA
0 引 言
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，人們對(duì)高帶寬需求不斷增加，接入DDN(Digital Data Network)網(wǎng)、幀中繼網(wǎng)等高速通信網(wǎng)的應(yīng)用也越來(lái)越普遍［1］。E1是我國(guó)電信傳輸網(wǎng)一次群使用的傳輸標(biāo)準(zhǔn)，速率是2.048 Mb/s。實(shí)現(xiàn)多路接口與E1協(xié)議的相互轉(zhuǎn)換，將可以把多種設(shè)備同時(shí)連接至高速的E1線路。本文基于FPGA(Field Programmable Gate Array)、嵌入式微處理器設(shè)計(jì)了一個(gè)多路接口與E1的協(xié)議轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)RS 232,RS 449,V.35等接口數(shù)據(jù)在E1線路上的高速傳輸。
1 系統(tǒng)原理
1.1 系統(tǒng)描述
多路接口與E1協(xié)議轉(zhuǎn)換示意圖如圖1所示。在發(fā)送端，將多路接口數(shù)據(jù)按照一定順序合并成一路符合E1協(xié)議的數(shù)據(jù)在E1信道上進(jìn)行傳輸，在接收端，將接收到的E1信號(hào)再按發(fā)送端順序分成多路接口數(shù)據(jù)。
圖1 多路接口與E1協(xié)議轉(zhuǎn)換示意圖
1.2 多路接口數(shù)據(jù)映射到E1幀的方法
E1是一種典型的時(shí)分復(fù)用結(jié)構(gòu)，一個(gè)E1時(shí)分復(fù)用幀劃分為32個(gè)相等的時(shí)隙，編號(hào)為CH0~CH31，其中時(shí)隙CH0用作幀同步用，時(shí)隙CH16用來(lái)傳送信令。其余的時(shí)隙用來(lái)傳送有效數(shù)據(jù)［2］。
通過(guò)將不同的接口數(shù)據(jù)插入不同的數(shù)據(jù)時(shí)隙，把多路接口數(shù)據(jù)編成一個(gè)E1數(shù)據(jù)幀，實(shí)現(xiàn)多路接口與E1的協(xié)議轉(zhuǎn)換［3］。
將多路接口數(shù)據(jù)映射到E1時(shí)隙中，需要根據(jù)每路接口的速率進(jìn)行時(shí)隙分配，也就是將E1的一個(gè)或多個(gè)時(shí)隙分配給一路接口使用，分配的時(shí)隙速率不小于接口速率(每個(gè)時(shí)隙的速率相當(dāng)于64 Kb/s)，DTE(Data Terminal Equipment)與DCE(Data Communications Equipment)設(shè)備端時(shí)隙分配設(shè)置必須一致。由于協(xié)議轉(zhuǎn)換器沒(méi)有自適應(yīng)接口速率的功能，因此時(shí)隙的分配通過(guò)一個(gè)軟件界面由使用者完成。
為了實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)隙的分配，設(shè)置30個(gè)4位的時(shí)隙分配寄存器。CPU根據(jù)使用者的時(shí)隙分配設(shè)置，生成30個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)隙地址并寫(xiě)入對(duì)應(yīng)時(shí)隙分配寄存器。數(shù)據(jù)時(shí)隙地址表示的是該數(shù)據(jù)時(shí)隙傳送的是哪個(gè)接口的數(shù)據(jù)。在發(fā)送端，根據(jù)該地址從相應(yīng)接口讀取數(shù)據(jù)插入對(duì)應(yīng)時(shí)隙；在接收端，根據(jù)該地址將相應(yīng)時(shí)隙數(shù)據(jù)送往對(duì)應(yīng)接口。表1為數(shù)據(jù)時(shí)隙地址與接口對(duì)應(yīng)關(guān)系表，空閑表示該時(shí)隙空置沒(méi)有使用。
系統(tǒng)將E1時(shí)隙分配給多路接口使用，當(dāng)有時(shí)隙沒(méi)有被分配時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生空時(shí)隙。在本設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)可支配的最小單位是E1時(shí)隙，也就是說(shuō)，系統(tǒng)可以將一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)隙分配給一路接口使用，也可以將多個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)隙分配給一路接口使用，當(dāng)一路接口數(shù)據(jù)不能完全填滿一個(gè)或多個(gè)時(shí)隙時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生半空時(shí)隙。比如一個(gè)100 Kb/s的接口，占用兩個(gè)時(shí)隙，將會(huì)產(chǎn)生28 Kb/s的空時(shí)隙［4］。
對(duì)于沒(méi)有使用的空閑時(shí)隙，系統(tǒng)可以根據(jù)時(shí)隙分配寄存器的值識(shí)別空閑時(shí)隙。在發(fā)送端，默認(rèn)發(fā)送全“1”數(shù)據(jù)，在接收端，拋棄該無(wú)用數(shù)據(jù)；對(duì)于一路接口數(shù)據(jù)不能完全填滿一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)隙產(chǎn)生的半空時(shí)隙，采取循環(huán)發(fā)空包的方法來(lái)填充半空時(shí)隙，空包格式固定為“00001111”。在接收端，檢測(cè)到這樣的空包數(shù)據(jù)，丟棄不用。
下面主要實(shí)現(xiàn)V.35,RS 449,RS 232三路接口與E1協(xié)議轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)［5-6］。通過(guò)三路接口與E1協(xié)議轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)，驗(yàn)證多路接口同時(shí)與E1協(xié)議轉(zhuǎn)換的可行性。
1.3 系統(tǒng)硬件原理框圖與模塊功能描述
系統(tǒng)硬件原理框圖如圖2所示，主要由接口芯片、FPGA、CPLD、微處理器構(gòu)成。
圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)原理圖
LTC1546/LTC1544：多功能接口芯片LTC1546,LTC1544，二者結(jié)合，構(gòu)成全功能的多協(xié)議接口界面，支持RS 232，RS 449，EIA530，EIA530-A,V.35,V.36,X.21協(xié)議，協(xié)議的選擇可完全由軟件進(jìn)行。
MPC875：飛思卡爾MPC875嵌入式CPU，基于POWERPC架構(gòu)，主頻高達(dá)133 MHz，8 KB指令cache，8 KB數(shù)據(jù)cache，總線頻率最高可達(dá)80 MHz。
EP3C25F324C8： Altera公司的CycloneⅢ系列FPGA，性價(jià)比高，資源豐富。
EPM7256AETC144-7：Altera公司MAX7000AE系列CPLD，支持多種接口電平。由于LTC1546,LTC1544接口電平為5 V，F(xiàn)PGA不支持這樣的接口電壓，這里使用CPLD作接口電路。
XRT82D20:RXAR公司的E1線路接口芯片，支持單路E1，具有HDB3編碼、時(shí)鐘恢復(fù)、線路驅(qū)動(dòng)等功能，75 Ω或者120 Ω阻抗匹配。
keyboard：4×4鍵盤，用來(lái)接收時(shí)隙分配設(shè)置輸入。
LED：LED指示燈，共30個(gè)，用來(lái)指示30個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)隙的使用情況：當(dāng)LED燈點(diǎn)亮?xí)r，表示該時(shí)隙已經(jīng)使用；LED燈不亮，表示該時(shí)隙為空閑。
2 關(guān)鍵模塊設(shè)計(jì)
2.1 與CPU通信FPGA端硬件電路設(shè)計(jì)［7］
當(dāng)FPGA與CPU通信時(shí)，由于CPU總線特殊的時(shí)序關(guān)系，F(xiàn)PGA端須做相應(yīng)的處理才能保證讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。圖3為MPC875讀數(shù)據(jù)總線時(shí)序圖。其中：CS為片選信號(hào)，OE為讀信號(hào)，A［0:31］為地址信號(hào)，D［0:31］為數(shù)據(jù)信號(hào)。圖4為MPC875寫(xiě)數(shù)據(jù)總線時(shí)序圖，WE為寫(xiě)信號(hào)，其余信號(hào)與讀總線相同。
圖3 MPC875讀數(shù)據(jù)總線時(shí)序圖
當(dāng)CPU讀取FPGA中數(shù)據(jù)時(shí)，先給出地址信號(hào)，然后使能片選CS、讀信號(hào)OE，這時(shí)如果數(shù)據(jù)總線上有數(shù)據(jù)，CPU讀入數(shù)據(jù)。但MPC875總線頻率高達(dá)80 MHz，為了CPU能穩(wěn)定的讀取到數(shù)據(jù)，這里將片選信號(hào)與讀信號(hào)相“與”，然后擴(kuò)寬3倍得到總線可用信號(hào)，在總線可用信號(hào)有效期間，數(shù)據(jù)總線上總有數(shù)據(jù)，這樣，可以保證CPU能穩(wěn)定的讀到數(shù)據(jù)。
圖4 MPC875寫(xiě)數(shù)據(jù)總線時(shí)序圖
當(dāng)CPU寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，CPU先給出地址信號(hào)，然后給出片選及寫(xiě)信號(hào)，在寫(xiě)信號(hào)有效期間，CPU穩(wěn)定的給出數(shù)據(jù)。因此，在片選及寫(xiě)信號(hào)有效時(shí)，鎖存數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)即可。
2.2 CPLD硬件接口電路設(shè)計(jì)
CPLD主要完成V.35,RS 449,RS 232數(shù)據(jù)收發(fā)；keyboard,LED控制；FIFO讀寫(xiě)等功能。功能框圖如圖5所示。
圖5 CPLD程序功能框圖
CPU通過(guò)CPLD對(duì)接口芯片進(jìn)行模式選擇。V.35,RS 449為同步平衡接口，常用接口速率為N×64 Kb/s(N=1~32)。時(shí)鐘、數(shù)據(jù)信號(hào)為兩線平衡傳輸，控制信號(hào)為不平衡傳輸。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，將與之對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘一并輸出。在接收數(shù)據(jù)時(shí)，用接口時(shí)鐘采樣數(shù)據(jù)。
RS 232為不平衡傳輸。幀格式固定為：1位開(kāi)始位、8位數(shù)據(jù)位、結(jié)束位。結(jié)束位有三種：1位、1.5位、2位。開(kāi)始位固定為“0”，停止位固定為“1”。通信雙方在開(kāi)始通信前必須約定好串行傳輸?shù)膮?shù)(傳輸速度、幀格式)。在發(fā)送端，首先通過(guò)分頻產(chǎn)生需要的串行波特率，然后按照幀格式以約定好的速率發(fā)送。在接收端，使用8倍于波特率的時(shí)鐘對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行過(guò)采樣，經(jīng)過(guò)濾波后如果為低電平信號(hào)，即認(rèn)為是開(kāi)始位，然后按照約定好的速率接收數(shù)據(jù)。
在接收數(shù)據(jù)時(shí)，F(xiàn)IFO讀寫(xiě)模塊將串行接收數(shù)據(jù)變成8位并行，同時(shí)，將與接收數(shù)據(jù)同步的時(shí)鐘8分頻，用此時(shí)鐘將8位并行數(shù)據(jù)寫(xiě)入與該接口對(duì)應(yīng)的FIFO；在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，將發(fā)送時(shí)鐘8分頻，用此時(shí)鐘從與該接口對(duì)應(yīng)的FIFO讀取數(shù)據(jù)，同時(shí)將8位并行數(shù)據(jù)串行輸出。
keyboard為4×4掃描式矩陣鍵盤，具有16個(gè)鍵。由硬件程序自動(dòng)掃描鍵盤，輸入數(shù)據(jù)觸發(fā)中斷，CPU讀取數(shù)據(jù)。LED輸出由CPU寫(xiě)入相應(yīng)的顯示寄存器，然后硬件程序?qū)⑾嚓P(guān)信號(hào)輸出點(diǎn)亮LED。
2.3 FPGA硬件電路設(shè)計(jì)［8-9］
FPGA主要根據(jù)時(shí)隙的分配設(shè)置，在時(shí)鐘系統(tǒng)的管理控制下，完成E1的編解幀功能。功能框圖如圖6所示。
圖6 FPGA程序功能框圖
CPU根據(jù)設(shè)置向時(shí)隙分配寄存器寫(xiě)入相應(yīng)的數(shù)據(jù)。在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，E1編解幀模塊根據(jù)時(shí)隙分配設(shè)置，從相應(yīng)的FIFO讀取數(shù)據(jù)，寫(xiě)入該時(shí)隙。對(duì)于沒(méi)有使用的空時(shí)隙，按照空時(shí)隙處理辦法填入無(wú)效數(shù)據(jù)。發(fā)送時(shí)鐘為FPGA外接的2.048 MHz時(shí)鐘。由于XRT82D20為數(shù)據(jù)差分輸入，因此將編解幀模塊輸出的數(shù)據(jù)TPOS進(jìn)行反向得到TNEG，平衡輸出。TCLK為發(fā)送時(shí)鐘［10］。
在接收時(shí)，XRT82D20數(shù)據(jù)差分輸入RPOS，RNEG，將兩個(gè)信號(hào)相減得到輸入數(shù)據(jù)信號(hào)，RCLK為時(shí)鐘輸入。在輸入時(shí)鐘的控制下，E1編解幀模塊將數(shù)據(jù)解幀。同時(shí)，根據(jù)時(shí)隙分配設(shè)置，將各個(gè)時(shí)隙的數(shù)據(jù)送入不同的接口FIFO。
3 軟件主程序流程圖
MPC875主要完成接口芯片初始化設(shè)置、時(shí)隙分配設(shè)置輸入、狀態(tài)顯示等功能。軟件主程序流程圖如圖7所示。
上電以后，CPU進(jìn)行初始化設(shè)置。延遲1 ms進(jìn)行內(nèi)存地址分配：每個(gè)自定義寄存器及I/O均分配一個(gè)內(nèi)存地址，CPU操作時(shí)讀寫(xiě)相應(yīng)地址即可；接著進(jìn)行LTC1546/LTC1544模式選擇，將三組接口分別配置為V.35,RS 449,RS 232；然后查詢時(shí)隙分配設(shè)置輸入，如果已經(jīng)輸入時(shí)隙分配設(shè)置，則讀取時(shí)隙設(shè)置數(shù)據(jù)，否則，等待時(shí)隙設(shè)置輸入；協(xié)議轉(zhuǎn)換器初始化設(shè)置完畢，每隔100 ms進(jìn)行一次線路運(yùn)行狀態(tài)告警顯示。
圖7 軟件設(shè)計(jì)主流程圖
4 協(xié)議轉(zhuǎn)換器測(cè)試
4.1 測(cè)試平臺(tái)搭建
測(cè)試平臺(tái)由JDSU ANT-5 SDH接入測(cè)試儀，協(xié)議轉(zhuǎn)換器，示意圖如圖8所示。JDSU ANT-5手持型SDH/PDH傳輸分析儀，內(nèi)置所有必要的接口：從T1 Bantam、E1平衡與E1非平衡，到STM-16/OC48光接口；測(cè)試速率從1.544 Mb/s~2.5 Gb/s；大屏幕、簡(jiǎn)單圖形化界面、中文菜單，易于使用。
圖8 協(xié)議轉(zhuǎn)換器測(cè)試平臺(tái)示意圖
首先進(jìn)行時(shí)隙分配設(shè)置，將1到15時(shí)隙分配給V.35接口，17到30時(shí)隙分配給RS 449接口，31時(shí)隙分配給RS 232接口。由JDSU ANT-5 SDH接入測(cè)試儀發(fā)出的2 MHz信號(hào)，進(jìn)入?yún)f(xié)議轉(zhuǎn)換器，然后分別將V.35,RS 449,RS 232接口環(huán)回，再將輸出的E1信號(hào)接入測(cè)試儀，在測(cè)試儀中測(cè)試環(huán)回信號(hào)的各種特性。
4.2 測(cè)試結(jié)果
依照上述測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換器功能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示，誤碼率為0，說(shuō)明協(xié)議轉(zhuǎn)換器功能正常。JDSU ANT-5 SDH接入測(cè)試儀測(cè)試截圖如圖9所示。其中BER為誤碼率。
圖9 SDH接入測(cè)試儀測(cè)試結(jié)果截圖
5 結(jié) 語(yǔ)
本文提出了一種多路接口與E1的協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)方法，并具體介紹了時(shí)隙分配及調(diào)度、空時(shí)隙處理等技術(shù)難點(diǎn)。通過(guò)實(shí)現(xiàn)V.35,RS 449,RS 232三路接口與E1的協(xié)議轉(zhuǎn)換，證明該方案是可行的。另外，本設(shè)計(jì)具有良好的擴(kuò)展性，可以方便的根據(jù)具體應(yīng)用添加或去除接口，也可以在本設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，完成更多的功能。
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一個(gè)好的填充系統(tǒng)是建立在好的接口系統(tǒng)上。設(shè)計(jì)或發(fā)明一個(gè)好的接口系統(tǒng)，需要借助一些重要的原則或觀念做
引導(dǎo)。我想借一些實(shí)驗(yàn)性的探討與諸位分享這些觀念。
先簡(jiǎn)單介紹幾個(gè)在開(kāi)放建筑領(lǐng)域已經(jīng)建立且運(yùn)用成功的重要觀念。
首先是“轄制原則”（principle of Dominance），這是哈布瑞肯教授（John Habraken）在三十多年前提出
的觀念。一個(gè)構(gòu)造物，實(shí)體的或非實(shí)體的，包含一定的構(gòu)成元素，其中的元素甲之變動(dòng)會(huì)牽動(dòng)元素乙，而反之不
然，則元素甲屬于上一層級(jí)，元素乙屬于下一層級(jí)；若元素乙之變動(dòng)也同樣會(huì)牽動(dòng)元素甲，則二者皆屬于同一層
級(jí)。這個(gè)原則可以印證在自然的構(gòu)造物，甚至社會(huì)關(guān)系的構(gòu)造上。依據(jù)這個(gè)原則，可以發(fā)現(xiàn)人造環(huán)境中存在著許
多有趣的“環(huán)境層級(jí)”現(xiàn)象，且因文化而變異。例如日本的傳統(tǒng)民居中幾乎沒(méi)有“家具”這個(gè)層級(jí)，而其“隔間”
則如同家具，可以攜帶并重新裝置。
其次，由于環(huán)境層級(jí)呈現(xiàn)交錯(cuò)連續(xù)的包含關(guān)系（指空間）及依附關(guān)系（指實(shí)體），因此，屬于上一層級(jí)的可
視為“結(jié)構(gòu)體”，而下一層級(jí)的便是“填充體”。結(jié)構(gòu)與填充是相對(duì)的觀念，例如“隔間”對(duì)建筑物而言是填充體，
對(duì)家具而言則是結(jié)構(gòu)體。身為結(jié)構(gòu)體，具有轄制能力，相對(duì)而言較不易變動(dòng)。身為填充體，雖然受到轄制，但也
相對(duì)而言較易變動(dòng)，因此享有較多的自由。
第三，一個(gè)好的結(jié)構(gòu)體應(yīng)該能容納許多不同的內(nèi)容。如何增廣多樣的填充物，則需要特殊的結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)方法。
第一代的開(kāi)放建筑研究，例如荷蘭的SAR組織，在這方面已做出了重要的貢獻(xiàn)。另一方面，一個(gè)好的填充體系統(tǒng)
應(yīng)該有相當(dāng)?shù)膹椥詰?yīng)變能力來(lái)符合使用需求的變化，這正是“長(zhǎng)效建筑”的具體意義。
近半世紀(jì)以來(lái)，開(kāi)放建筑在這個(gè)課題上已取得了相當(dāng)可觀的成果，但一些新生的挑戰(zhàn)也逐漸浮出。在此我提
出一些新的課題，并以一些實(shí)驗(yàn)性的例子做為初步的響應(yīng)。雖然例子多是針對(duì)建筑物的室內(nèi)與家具層級(jí)，但所運(yùn)
用的觀念則是普遍的。
課題一：開(kāi)放界面。接口是連接雙方的中間體統(tǒng)稱，雖然可以指實(shí)物與虛體，但在此只討論實(shí)體的接頭（Joint）。
“開(kāi)放”有兩個(gè)涵意需要說(shuō)明。其一是依附在“開(kāi)放產(chǎn)業(yè)化”（open industrialization）的目標(biāo)上，就是盡量減
少特定且特殊化的設(shè)計(jì)。俗句“一個(gè)蘿卜一個(gè)坑”式的設(shè)計(jì)，由于過(guò)于“針對(duì)”性，不易產(chǎn)業(yè)化與市場(chǎng)化，如同“手
工藝”，屬于封閉型的產(chǎn)品。另一個(gè)含義就是可逆性：界面的兩方可合亦可分。在此，我要提出的是一個(gè)新的挑戰(zhàn)：
即構(gòu)造物在變動(dòng)與重組的過(guò)程中盡量減少接頭本身以及接頭雙方構(gòu)件的損耗與破壞。如果因?yàn)樽儎?dòng)造成大量的損
壞，便稱不上彈性，而是暴力，更造成廢棄污染，當(dāng)然也無(wú)法支撐“長(zhǎng)效”的價(jià)值。就此課題我舉兩個(gè)例子。
其一是由我指導(dǎo)的開(kāi)放接口的理論研究[2] 。就室內(nèi)一般的門、窗、隔間墻、結(jié)構(gòu)墻、結(jié)構(gòu)柱等現(xiàn)行施作法，
進(jìn)行了接頭的開(kāi)放性能評(píng)量（圖1）。總體而言，現(xiàn)行施作是不開(kāi)放的，不能達(dá)到長(zhǎng)效的目的，也十分不“環(huán)保”。
這個(gè)研究指出了構(gòu)造上的一些新挑戰(zhàn)。幾乎需要通盤檢討現(xiàn)行的構(gòu)造思維，并且需要長(zhǎng)期的研究努力。
另一個(gè)例子是以竹子構(gòu)造為對(duì)象所發(fā)明的一種新接頭，使其能符合竹子銜接的不同方向、不同數(shù)量、不同粗細(xì)，
而且在拆解時(shí)不破壞竹子本身。竹子只是個(gè)試探的對(duì)象，重點(diǎn)在于了解開(kāi)放接頭在設(shè)計(jì)上的挑戰(zhàn)及其復(fù)雜性（圖2）。
課題二：涵通系統(tǒng)。相對(duì)于特定與特殊而言，“涵通”（Generic）意味著概括、普及與通用。如果一個(gè)實(shí)
體構(gòu)造系統(tǒng)稱得上是涵通的話，它應(yīng)該可以非耗損性地拆解與重組。例如，中國(guó)傳統(tǒng)的木構(gòu)造建筑及某些家具都
具有相當(dāng)高程度的涵通性。進(jìn)而言之，一個(gè)更高級(jí)的涵通構(gòu)造系統(tǒng)應(yīng)不但能拆解重組，還能組合成新的形式，甚
至可以做出另一種物體。另外， “系統(tǒng)”的概念一般是指有限的元素與元素之間有限的構(gòu)成關(guān)系，它的價(jià)值常被
誤解成只是為了“大量而一致”的生產(chǎn)效率。然而系統(tǒng)最值得深究的卻應(yīng)當(dāng)是具有“以少量生產(chǎn)多樣”的創(chuàng)造能力。
一致與多樣并非魚(yú)與熊掌，在一個(gè)好的系統(tǒng)中，是可兼得的。
先介紹一個(gè)具有這種涵通效能的家具系統(tǒng)[4] （圖3）。這個(gè)實(shí)驗(yàn)是發(fā)明一組構(gòu)件（有限元素）與接頭（有限關(guān)系），
使其能做桌子，也能做椅子，還能做柜子，甚至能做出多樣的桌子、椅子與柜子。同時(shí)這個(gè)系統(tǒng)也要有“開(kāi)放性”，
能與市場(chǎng)上的其他系統(tǒng)配合，創(chuàng)造更多的式樣。最后，它還要“友善”，就是用簡(jiǎn)單的工具與少量的人力便能完成。
另一個(gè)要介紹的實(shí)驗(yàn)是一般住宅的外墻系統(tǒng)[5] （圖4）。外墻是十分重要的填充體，很多時(shí)候當(dāng)內(nèi)部隔間變
動(dòng)時(shí)，外墻必須相對(duì)地應(yīng)變，否則恐怕連一半的功效都達(dá)不到。由于外墻是內(nèi)外的接口，因此得面對(duì)較復(fù)雜的處
境，如何適用于幾乎無(wú)窮多的外墻尺寸是最關(guān)鍵的挑戰(zhàn)。如同其他“開(kāi)放”且“友善”的系統(tǒng)一樣，它的元素必
須是少量的，同時(shí)在拆解、重組、變化時(shí)容易施作，而且無(wú)損耗。這個(gè)實(shí)驗(yàn)中的系統(tǒng)目前僅適用于直交形式的外墻。
研究的結(jié)果是以40cm及70cm為基本模數(shù)，可生產(chǎn)出9種面板單元，其組合可以符合所有以10cm為單位的外墻
規(guī)模。另外設(shè)計(jì)一組具微調(diào)能力的10cm外框，來(lái)收納小于10cm的零碎尺寸。這樣的系統(tǒng)幾乎可以應(yīng)付無(wú)窮多
的外墻尺寸，當(dāng)然，外墻填充體與建筑結(jié)構(gòu)體之間的開(kāi)放接頭還需要進(jìn)一步的雙向式構(gòu)造研究。
課題三：活性系統(tǒng)（live system）?！盎钚浴笔莻€(gè)新生的觀念，一方面是指系統(tǒng)中的構(gòu)件可以是任意的形體
與尺寸；另一個(gè)用意是將一個(gè)構(gòu)造物視為一次構(gòu)件間的“偶遇”，緣起則結(jié)合，緣滅則各自分散，而且是好聚好散。
系統(tǒng)中的每個(gè)構(gòu)件與接頭又還原成自主的獨(dú)立元素，等待參與另一次的構(gòu)造機(jī)緣?；钚韵到y(tǒng)的實(shí)驗(yàn)緣起于一次我
個(gè)人關(guān)于“非開(kāi)放建筑困境” 的體驗(yàn)。如同許多購(gòu)屋者（無(wú)論新屋或舊屋）的處境一樣，由于原有空間的形式與
材質(zhì)皆不滿足新主人的需要，不得已而進(jìn)行摧毀性的整建。經(jīng)過(guò)無(wú)奈而殘暴的拆解過(guò)程后，我只保留了前屋主的
許多大小尺寸皆不同的木質(zhì)抽屜，準(zhǔn)備再利用，因此，所面臨的技術(shù)性挑戰(zhàn)是如何設(shè)計(jì)一個(gè)結(jié)構(gòu)體來(lái)涵容許多不
同的填充體（抽屜）。這是典型的開(kāi)放設(shè)計(jì)問(wèn)題，而其方法早在四十年前即已發(fā)展了。這次，我自找麻煩地又加
了兩項(xiàng)要求使得這些柜子是個(gè)“活物”：其一，結(jié)構(gòu)體的元素必須維持涵通的性質(zhì)；其二，開(kāi)放接頭。我與學(xué)生
們實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是以木片與橫桿作為垂直支撐與水平支撐的涵通元素，開(kāi)放接頭則是C 形鐵夾與鋼索，柜子的結(jié)構(gòu)
體是個(gè)開(kāi)放的接口系統(tǒng)，整合了各種不同尺寸的抽屜（圖5）。
另一個(gè)例子是有關(guān)活性系統(tǒng)中的整合接口，并非結(jié)構(gòu)體，而是填充元素[6] 。這個(gè)小實(shí)驗(yàn)是發(fā)明一組“木磚”，
其尺寸能配合既有的紅磚與水泥磚，做出各種組合構(gòu)造（圖6）。
雖然所介紹的只是些嘗試性的構(gòu)想，卻緊扣著開(kāi)放建筑的核心，也發(fā)掘出一些潛藏的觀念與新的課題。另外
值得一提的是這些實(shí)驗(yàn)的共通特點(diǎn)，就是所有的設(shè)計(jì)都沒(méi)有特定的對(duì)象物，因而進(jìn)入了“后設(shè)”設(shè)計(jì)（meta-design）
的方法論探討，或許今后可以來(lái)分享這方面的研究成果。
最后，我的自我叮嚀是：雖然人類的文明曾經(jīng)創(chuàng)造了許多優(yōu)美動(dòng)人且有效的人造物品及人造物體系，而在過(guò)
去的半個(gè)世紀(jì)，開(kāi)放建筑揭示了接近革命性的主題――如果我們希望能邁向更有智慧的人造環(huán)境，我們幾乎必須
“重想”建筑。
參考文獻(xiàn)
[1] Habraken， N. John. The Structure of the Ordinary. MIT Press. Cambridge， 1998.
[2] 林麗珠. 開(kāi)放式接口之建筑構(gòu)造理論. 臺(tái)立成功大學(xué)博士論文，臺(tái)南，2002.
[3] 黃偉城. 開(kāi)放構(gòu)造之接口設(shè)計(jì). 臺(tái)立成功大學(xué)碩士論文，臺(tái)南，2005.
[4] 黃正宏. 實(shí)體系統(tǒng)之涵容性設(shè)計(jì)方法試探：以家具系統(tǒng)為例. 臺(tái)立成功大學(xué)碩士論文，臺(tái)南，1997.
據(jù)悉，雙方為本次品牌戰(zhàn)略合作將投入價(jià)值數(shù)億元的資源，不僅包括9.9億瓶可口可樂(lè)旗下飲品、近9.9億張易迅現(xiàn)金券、27000臺(tái)限量版可口可樂(lè)三星訂制版智能手機(jī)，以及活動(dòng)期間每天超過(guò)5萬(wàn)件低至3折商品，還囊括了海量的騰訊增值服務(wù)商品。
事實(shí)上，早在去年9月份，易迅就已與可口可樂(lè)開(kāi)展過(guò)淺層次的合作。當(dāng)時(shí)，易迅曾聯(lián)合可口可樂(lè)推出了下單就送可口可樂(lè)圣誕禮花瓶的活動(dòng)，并取得了很好的口碑。
記者了解到，正是基于上述良好的關(guān)系，本次雙方才決定將合作上升到戰(zhàn)略層面，共同投入資源打造這次持續(xù)90天的“午后暢爽秒殺大獎(jiǎng)”的活動(dòng)。
另一方面，易迅與可口可樂(lè)兩大品牌定位的相似性也是原因之一。據(jù)悉，易迅的消費(fèi)群體大多是愛(ài)好3C數(shù)碼產(chǎn)品的年輕男性，物流主打“閃電送”的快節(jié)奏?？煽诳蓸?lè)的品牌形象近幾年也日益年輕化，2013年推出的“小蘿莉”等賣萌新裝成功討好了中國(guó)年輕一代消費(fèi)者，因此，兩家公司倡導(dǎo)的這些理念均符合當(dāng)下年輕族群的生活態(tài)度。
“不錯(cuò)，我就租這了。咱們回去辦手續(xù)吧?！?/p>
“不用王姐，我這隨身帶著呢?！?/p>
說(shuō)完，中介的小李就把DS-360W和WF-100從包里拿了出來(lái)放在王姐面前。
“這是什么呀？”
“這可是我的秘密武器――燮丈便攜式掃描儀和打印機(jī)。有了它，咱就不用回去辦手續(xù)了，您把身份證和資料給我，身份證從這去，資料放在進(jìn)紙器上，手機(jī)和掃描儀通過(guò)WiFi連接，再打開(kāi)手機(jī)上的掃描軟件EPSON DocumentScan，就可以掃描了，您看多快！然后通過(guò)手機(jī)與EPSON WF-100打印機(jī)連接，合同這就打出來(lái)，您一簽字，今晚您就能住這啦！”
“哎呀，這可太方便啦。要是沒(méi)有這個(gè)，我再跟你走回去，再辦理手續(xù)。來(lái)來(lái)回回四十多分鐘?，F(xiàn)在十分鐘就能搞定，真是太方便啦?！?/p>
不僅是房屋中介的小李，越來(lái)越多的行業(yè)都開(kāi)始注重提升工作效率與服務(wù)質(zhì)量。在這種情況下，愛(ài)普生推出的DS-360W緊湊型A4饋紙式掃描儀和WF-100便攜式打印機(jī)不僅具有機(jī)身小巧、便于攜帶的優(yōu)勢(shì)，而且供電方便、操作便捷、功能強(qiáng)大，能滿足不同行業(yè)移動(dòng)辦公的需求。特別適合經(jīng)常外出、需要移動(dòng)辦公的行業(yè)，如電信、金融、公安等用戶。因其能滿足隨時(shí)隨地的辦公需求，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)執(zhí)法、移動(dòng)辦公等的可能，在提升效率的同時(shí)，也促進(jìn)了服務(wù)意識(shí)的提升。
WiFi連接 各種環(huán)境下掃描覆蓋無(wú)死角
出門辦公，不是所有的地方都有網(wǎng)絡(luò)，沒(méi)網(wǎng)的地方該怎么辦呢？這一點(diǎn)愛(ài)普生早就想到了，新品DS-360W便攜式掃描儀支持多種連接方式，沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)的地方可以使用移動(dòng)便攜設(shè)備通過(guò)WiFi直接與DS-360W連接。應(yīng)用靈活，使用方便。
用戶可以先在手機(jī)上下載Epson DocumentScan軟件，同時(shí)將DS-360W設(shè)置為WiFi AP模式，然后，手機(jī)開(kāi)啟WiFi功能并輸入DS-360W的無(wú)線密鑰。連接完成后，點(diǎn)擊EPSON DocumentScan軟件，搜索并選擇DS-360W，就可以進(jìn)行掃描了。
而在有網(wǎng)的環(huán)境中，先把DS-360W與路由器連接，同時(shí)也將手機(jī)與該路由器連接，連接成功后，在手機(jī)上打開(kāi)Epson DocumentScan軟件，搜索到DS-360W就能掃描了。
卡片掃描 多種供電方式外出辦公享便利
行業(yè)客戶，如金融政府客戶或普通的SOHO/SMB用戶，都會(huì)經(jīng)常遇到需要身份證或者卡片掃描件的需求。愛(ài)普生DS-360W具備炫酷的吸入式卡片掃描功能，將機(jī)身上的滑動(dòng)按鈕撥到“卡片（掃描）”位置，然后插入卡片，再通過(guò)掃描軟件點(diǎn)擊掃描就可完成卡片掃描了。掃描結(jié)束后，卡片會(huì)自動(dòng)退出到進(jìn)卡位置，分分鐘搞定卡片掃描工作。
多種供電方式：USB、電池供電或電源適配器多種供電方式可靈活選擇，隨時(shí)隨地掃描。無(wú)論在哪種環(huán)境下，掃描工作都可以順利進(jìn)行，其中在電池模式供電下可掃描大約700頁(yè)的文檔。
WF-100移動(dòng)掃描好搭檔
有了輸入設(shè)備，輸出設(shè)備也是必不可少的。EPSON WF-100便攜式打印機(jī)是DS-360W的移動(dòng)便攜影像輸出搭檔。
愛(ài)普生WF-100便攜式打印機(jī)同樣體積小巧， 支持USB、電池、連接充電寶等多種供電方式，配備的四色全顏料墨水具有很好的防水及耐剮蹭性，打印出的文件字跡清晰、不易暈染，保存持久。WF-100支持無(wú)線及無(wú)線直連，通過(guò)機(jī)身上的1.44英寸彩色液晶操作屏，用戶可對(duì)打印機(jī)的墨量、剩余電量等情況清晰掌握。
關(guān)鍵詞：腹腔鏡聯(lián)合TEM 腹部無(wú)輔助切口手術(shù)乙狀結(jié)腸
我們最近開(kāi)展了腹腔鏡聯(lián)合TEM高位直腸癌和乙狀結(jié)腸癌體外根治切除的腹部無(wú)輔助切口手術(shù)，手術(shù)的微創(chuàng)和美觀效果俱佳，檢索文獻(xiàn)，我們采取的手術(shù)方式未發(fā)現(xiàn)相同報(bào)道。
一、臨床資料：
本組病人男10例，女9例，共19例，年齡43-76歲，平均年齡62歲，其中直腸上段癌9例，乙狀結(jié)腸癌10例。
二、手術(shù)方式：
我們自腸系膜下動(dòng)脈根部切斷，游離直腸，乙狀結(jié)腸和降結(jié)腸，松結(jié)脾曲，這樣讓左半結(jié)腸處于游離狀態(tài)，于腫瘤下2cm切斷直腸，自插入TEM鏡殼，把直腸，乙狀結(jié)腸和部分降結(jié)腸從經(jīng)由TEM鏡殼脫出至體外，在體外做直腸癌根治性切除：距離腫瘤上緣10cm切斷乙狀結(jié)腸，并一并切除對(duì)應(yīng)系膜和淋巴結(jié)，保留的結(jié)腸殘端荷包縫合，放人釘座結(jié)扎牢固后送回腹腔，腹腔內(nèi)用腔內(nèi)閉合器關(guān)閉直腸殘端，行乙狀結(jié)腸(或降結(jié)腸)斷端和直腸吻合，手術(shù)全過(guò)程一般不足90分鐘。
三、討論：
1、腹腔鏡聯(lián)合TEM手術(shù)器械做高位直腸癌和乙狀結(jié)腸癌體外根治切除的腹部無(wú)輔助切口手術(shù)是我們?cè)趯?shí)踐中進(jìn)行的探索性手術(shù)方式，這種手術(shù)方式國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)報(bào)道，相關(guān)的報(bào)道也很少，主要是國(guó)外的報(bào)道，其方法也被國(guó)內(nèi)的北京友誼醫(yī)院參照做了乙狀結(jié)腸癌手術(shù)，其具體方法是：腹腔鏡下游離乙狀結(jié)腸和直腸，在直腸上段切開(kāi)，經(jīng)送人抵釘座，再于乙狀結(jié)腸和降結(jié)腸處切斷，把釘座送入降結(jié)腸斷端并讓其尖部從腸側(cè)壁穿出，然后用腔內(nèi)閉合器關(guān)閉殘端，把切除的乙狀結(jié)腸利用TEM鏡殼經(jīng)取出，再利用腔內(nèi)閉合器關(guān)閉直腸殘端，經(jīng)插入吻合器，行直腸和降結(jié)腸端側(cè)吻合。這種方式操作比較復(fù)雜，手術(shù)時(shí)間較長(zhǎng)，同時(shí)，直腸和降結(jié)腸端側(cè)吻合后張力也容易較大，不如端端吻合更松弛。
藍(lán)牙（Bluetooth）協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是由藍(lán)牙特別興趣小組（Bluetooth SIG）的，1999年了Bluetooth 1.0版，2001年2月了Bluetooth1.1版。目前SIG成員已經(jīng)發(fā)展到3000家左右。藍(lán)牙協(xié)議規(guī)定的無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)，基于免申請(qǐng)的2.4GHz的ISM頻段，采用GFSK跳頻技術(shù)和時(shí)分雙工（TDD）技術(shù)，通信距離為10米左右，Blue tooth 1.0版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mbps。主要適用于各種短距離的無(wú)線設(shè)備互連應(yīng)用場(chǎng)合?？梢蕴峁c(diǎn)到點(diǎn)或點(diǎn)到多點(diǎn)的無(wú)線連接。
1 基于電纜替代的藍(lán)牙協(xié)議簡(jiǎn)析
1.1 藍(lán)牙協(xié)議體系
藍(lán)牙協(xié)議規(guī)范所措述的協(xié)議棧模式如圖1所示。
藍(lán)牙體系結(jié)構(gòu)中的協(xié)議可分為四層：
核心協(xié)議：基帶控制協(xié)議（Baseband）、鏈路管理協(xié)議（LMP）、邏輯鏈路控制應(yīng)用協(xié)議（L2CAP）、服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議（SDP）；
電纜替代協(xié)議：RFCOMM；
電話傳送控制協(xié)議：TCS二進(jìn)制、AT命令集；
可選協(xié)議：PPP、UDP/TCP/IP、OBEX、WAP、vCard、vCal、IrMC、WAE。
在協(xié)議中，規(guī)定了為基帶控制器、LMP、硬件狀態(tài)及控制寄存器提供命令接口的主機(jī)控制器接口（HCI）。在不同的應(yīng)用模式下，HCI所處的位置不同。它可以位于L2CAP的下面，也可以在L2CAP之上。
1.2 電纜替代協(xié)議應(yīng)用模式
基于ETSI標(biāo)準(zhǔn)的TS07.10信令的RFCOMM協(xié)議，提供了一個(gè)基于L2CAP協(xié)議之上的串口仿真應(yīng)用模式。藍(lán)牙協(xié)議1.0版中，RFCOMM提供的上層服務(wù)模式主要有三種：對(duì)9針RS-232接口仿真模式、空Modem仿真模式和多串口仿真模式。典型的RFCOMM應(yīng)用模式框圖如圖2所示。
1.3 藍(lán)牙嵌入式應(yīng)用模式
僅僅以RFCOMM協(xié)議為基礎(chǔ)，作為串口的電纜替代應(yīng)用，無(wú)形中限制了藍(lán)牙設(shè)備的應(yīng)用范圍，降低了藍(lán)牙設(shè)備的應(yīng)用價(jià)值。目前計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備的接口種類繁多，比較常見(jiàn)的有RS-232、RS-485、Parallel Port、CAN總線、SPI總線、I2C總線等。如果要使藍(lán)牙設(shè)備在各種場(chǎng)合發(fā)揮作用，必須使藍(lán)牙設(shè)備具備適合這些應(yīng)用場(chǎng)合的多種接口功能。使用DSP數(shù)字信號(hào)處理器作為嵌入式控制器，不僅實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙物理設(shè)備的初始化、藍(lán)牙高層協(xié)議，而且利用其接口靈活的特點(diǎn)，可以方便地對(duì)藍(lán)牙電纜替代協(xié)議進(jìn)行有效擴(kuò)展。具體應(yīng)用模式如圖3所示。
2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)的構(gòu)成在硬件上分為兩個(gè)部分，藍(lán)牙基帶和射頻部分采用愛(ài)立信（ERICSSON）公司提供的藍(lán)牙模塊ROK101007；嵌入式控制器采用美國(guó)TI公司的TMS320VC54X系列的DSP數(shù)字信號(hào)處理器。
2.1 ERICSSON藍(lán)牙模塊
ROK101007是根據(jù)藍(lán)牙規(guī)范1.0版（Bluetooth 1.0B Version）而設(shè)計(jì)的短距離藍(lán)牙通信模塊，它包括三個(gè)主上部分：基帶控制芯片、Flash存儲(chǔ)器和Radio芯片。它工作在2.4GHz～2.5GHz的ISM頻段，支持聲音和數(shù)據(jù)的傳輸，其主上功能參數(shù)有：
Bluetooth 1.0B預(yù)認(rèn)證；
2級(jí)RF射頻功率輸出；
提供FCC和ETSI糾錯(cuò)處理；
最大460 KB/s UART數(shù)據(jù)傳輸速率；
提供UART、USB、PCM、I2C等多種HCI接口；
提供內(nèi)部晶振；
內(nèi)部預(yù)制HCI框架；
點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)操作；
嵌入式屏蔽保護(hù)。
ROK101007特別適合計(jì)算機(jī)及外圍設(shè)備、手持設(shè)備、端口設(shè)備使用。其內(nèi)含的藍(lán)牙協(xié)議構(gòu)架及內(nèi)部系統(tǒng)框圖如圖4、圖5所示。
2.2 DSP處理器
TMS320C54X是16-bit定點(diǎn)DSP，適合無(wú)線通信等實(shí)時(shí)嵌入式應(yīng)用的需要。C54x使用了改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)。CPU具有專用硬件算術(shù)運(yùn)算邏輯，大量的片內(nèi)存儲(chǔ)器、增強(qiáng)的片內(nèi)外設(shè)以及高度專業(yè)化的指令集，使其具有高度的操作靈活性和運(yùn)行速度。主要特點(diǎn)如下：
運(yùn)算速度快：指令周期為25/20/15/12.5/10ns，運(yùn)算能力為40/50/66/80/100MIPS；
優(yōu)化的CPU結(jié)構(gòu)：內(nèi)含1個(gè)40位的算術(shù)運(yùn)算邏輯單元，2個(gè)40位的累加器，2個(gè)40位的加法器，1個(gè)17×17的硬件乘法器和1個(gè)40位的桶形移位器。有4條內(nèi)部總線和2個(gè)地址產(chǎn)生器等。先進(jìn)的CPU優(yōu)化結(jié)構(gòu)可以使DSP高效地實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信系統(tǒng)中的各種功能。
低功耗方式：54x系列DSP可以在3.3V或2.7V電壓下工作，而有些DSP內(nèi)核采用1.8V電壓工作以減小功耗。
智能外設(shè)：除了標(biāo)準(zhǔn)的串行口和分時(shí)復(fù)用（TDM）串口外，54x還提供了多路緩沖串口（McBSP）和外部處理器通信的HPI并行接口。
2.3 系統(tǒng)構(gòu)成
本系統(tǒng)中，采用單5V電源供電，嵌入式系統(tǒng)控制器與藍(lán)牙模塊之間的HCI接口采用UART方式。硬件構(gòu)成框圖如圖6所示。整個(gè)系統(tǒng)分為四個(gè)部分：發(fā)射機(jī)、嵌入式控制器、電源管理、接口邏輯。
（1）發(fā)射機(jī)由藍(lán)牙模塊ROK101007和阻抗為50Ω的天線構(gòu)成。初始化階段，模塊接收控制器通過(guò)UART發(fā)送的HCI命令，實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙設(shè)備的復(fù)位、啟動(dòng)、地址查詢、跳頻算法、自動(dòng)尋呼等初始化操作，與附近的藍(lán)牙設(shè)備建立可靠的物理鏈路，并對(duì)物理鏈路進(jìn)行相應(yīng)的加密。在數(shù)據(jù)傳送階段，接收控制器（HCI驅(qū)動(dòng)模塊）送來(lái)的HCI數(shù)據(jù)包，經(jīng)過(guò)模塊中HCI固件（HCI Firmwire）轉(zhuǎn)化為基帶數(shù)據(jù)包并送給基帶協(xié)議層（Baseband）處理，基帶對(duì)上層送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，將其變?yōu)榭梢园l(fā)送的位數(shù)據(jù)流，按照設(shè)定的跳頻算法，采用高斯頻移鍵控（GFSK）編碼方式通過(guò)天線送出去。接收數(shù)據(jù)時(shí)，以相反的過(guò)程將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，組合成HCI數(shù)據(jù)包格式并通過(guò)UART口送給控制器。具體的收發(fā)執(zhí)行過(guò)程可以參考ROK101007數(shù)據(jù)及應(yīng)用手冊(cè)以及藍(lán)牙協(xié)議相關(guān)部分。
（2）嵌入式控制器由TI的定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器TMS320C54x、Flash Memory、SRAM組成，完成對(duì)藍(lán)牙模塊的初始化、數(shù)據(jù)傳送、協(xié)議實(shí)現(xiàn)等功能。
（3）接口控制邏輯包括應(yīng)用接口和控制接口?？刂平涌跒榭刂破鞯腍PI接口，主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的在線特殊控制和Flash在線編程數(shù)據(jù)傳送口。HPI控制接口通過(guò)DSP的HPI主機(jī)接口實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用接口包括RS-232/RS-485串行接口邏輯、并行接口邏輯（如IEEE488總線）、SI同步串口邏輯，在不同的嵌入式應(yīng)用中，分別通過(guò)不同的接口形式實(shí)現(xiàn)本嵌入式系統(tǒng)與主設(shè)備控制器的接口。應(yīng)用接口通過(guò)DSP的片內(nèi)外設(shè)（enhanced peripherals）或者通用I/O端口模擬實(shí)現(xiàn)。
（4）電源管理。系統(tǒng)通過(guò)單5V電源供電，可以簡(jiǎn)單地從主設(shè)備接口中獲取電源，無(wú)須另加電源器件。電源管理模塊采用TI專用電路，提供兩路電壓輸出，+3.3V工作電壓和+1.8V控制器內(nèi)核工作電壓。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
關(guān)鍵詞：軟交換；網(wǎng)絡(luò)融合；可編程網(wǎng)絡(luò)；應(yīng)用程序接口
引 言
在傳統(tǒng)的基于TDM的PSTN網(wǎng)絡(luò)中，提供給用戶的各項(xiàng)功能都直接與交換機(jī)有關(guān)，業(yè)務(wù)和控制都是由交換機(jī)完成的。交換機(jī)的功能與其提供的業(yè)務(wù)都需要在每個(gè)接點(diǎn)完成，并且采用依靠交換機(jī)和信令來(lái)提供業(yè)務(wù)，所以必須在交換機(jī)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和信令標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)開(kāi)放的每項(xiàng)業(yè)務(wù)進(jìn)行詳細(xì)規(guī)范。如要增加新業(yè)務(wù)，首先需要修訂標(biāo)準(zhǔn)，再對(duì)交換機(jī)進(jìn)行改造，每提供一項(xiàng)新業(yè)務(wù)都需要較長(zhǎng)的時(shí)期。
為滿足用戶對(duì)新業(yè)務(wù)的需求，網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)了公共的業(yè)務(wù)平臺(tái)--智能網(wǎng)。智能網(wǎng)的設(shè)計(jì)思想就是把呼叫連接和業(yè)務(wù)提供分開(kāi)。交換機(jī)完成呼叫連接，而智能網(wǎng)完成業(yè)務(wù)提供，這種方法大大提高了增強(qiáng)業(yè)務(wù)的能力，縮短了新業(yè)務(wù)提供的時(shí)間。而這種分離僅僅是第一步，隨著承載的多樣化，必須將呼叫控制和承載連接進(jìn)一步分離，這正是軟交換引入的目的。軟交換在未來(lái)網(wǎng)絡(luò)中的位置將被分成接入傳送層、媒體層、控制層和業(yè)務(wù)層，即把控制和業(yè)務(wù)的提供從媒體層中分離出。
1、軟交換技術(shù)
（1）軟交換的概念
軟交換又稱為呼叫AGENT、呼叫服務(wù)器或媒體網(wǎng)關(guān)控制。其最基本的特點(diǎn)和最重要的貢獻(xiàn)就是把呼叫控制功能從媒體網(wǎng)關(guān)中分離出來(lái)，通過(guò)服務(wù)器或網(wǎng)元上的軟件實(shí)現(xiàn)基本呼叫控制功能，包括呼叫選路、管理控制、連接控制（建立會(huì)話、拆除會(huì)話）、信令互通（如從7號(hào)信令到IP信令）等。這種分離為控制、交換和軟件可編程功能建立分離的平面，使業(yè)務(wù)提供者可以自由地將傳輸業(yè)務(wù)與控制協(xié)議結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移。這一分離同時(shí)意味著呼叫控制和媒體網(wǎng)關(guān)之間的開(kāi)放和標(biāo)準(zhǔn)化，為網(wǎng)絡(luò)走向開(kāi)放和可編程創(chuàng)造了條件和基礎(chǔ)。
（2）軟交換的主要功能
軟交換作為新、舊網(wǎng)絡(luò)融合和關(guān)鍵設(shè)備，必須具有以下功能：
1）媒體網(wǎng)關(guān)接入功能
該功能可以認(rèn)為是一種適配功能。它可以連接各種媒體網(wǎng)關(guān)，如PSTN/ISDN的IP中繼媒體網(wǎng)關(guān)、ATM媒體網(wǎng)關(guān)、用戶媒體網(wǎng)關(guān)、無(wú)線媒體網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)媒體網(wǎng)關(guān)等，完成H.248協(xié)議功能。同時(shí)還可以直接與H.323終端和SIP客戶端終端進(jìn)行連接，提供相應(yīng)業(yè)務(wù)。
2）呼叫控制功能
呼叫控制功能是軟交換的重要功能之一。它完成基本呼叫的建立、維持和釋放，所提供的控制功能包括呼叫處理、連接控制、智能呼叫觸發(fā)檢出和資源控制等。
3）業(yè)務(wù)提供功能
由于軟交換在網(wǎng)絡(luò)從電路交換向分組交換演進(jìn)的過(guò)程中起著十分重要的作用，因此軟交換應(yīng)能夠支持PSTN/ISDN交換機(jī)提供的全部業(yè)務(wù)，包括基本業(yè)務(wù)和補(bǔ)充業(yè)務(wù)；同時(shí)還應(yīng)該可以與現(xiàn)有智能網(wǎng)配合，提供現(xiàn)有智能網(wǎng)提供的業(yè)務(wù)。
4）互聯(lián)互通功能
目前，存在兩種比較流行的IP電話體系結(jié)構(gòu)，一種是ITU-T制定的H.323協(xié)議，另一種是IETF制定的SIP協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，兩者是并列的、不可兼容的體系結(jié)構(gòu)，均可以完成呼叫建立、釋放、補(bǔ)充業(yè)務(wù)、能力交換等功能。軟交換可以支持多種協(xié)議，當(dāng)然也可以同時(shí)支持這兩種協(xié)議。
2、基于軟交換的增強(qiáng)的業(yè)務(wù)框架及其接口協(xié)議
（1）基于軟交換的增值業(yè)務(wù)框架結(jié)構(gòu)
軟交換的引入形成了增強(qiáng)的業(yè)務(wù)框架，其中應(yīng)用服務(wù)器完成增值業(yè)務(wù)的執(zhí)行和管理，提供增值業(yè)務(wù)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，并處理與軟交換間的接口信令；媒體服務(wù)器（Media Server）提供特殊業(yè)務(wù)（如IVR、會(huì)議和傳真）的資源平臺(tái)，處理與媒體網(wǎng)關(guān)間的承載接口。
（2）軟交換體系結(jié)構(gòu)的接口和采用的通信協(xié)議
軟交換作為一個(gè)開(kāi)放的實(shí)體，與外部的接口必須采用開(kāi)放的協(xié)議。各種接口及其使用的協(xié)議如下：
1）媒體網(wǎng)關(guān)和軟交換間的接口。用于傳遞軟交換和媒體網(wǎng)關(guān)間的信令信息。此接口可使用信令控制傳輸協(xié)議（SCTP）或其他類似的協(xié)議。
2）軟交換間的接口。實(shí)現(xiàn)不同軟交換間的交互。此接口可以使用會(huì)話發(fā)起協(xié)議SIP-T或BICC（承載無(wú)關(guān)的呼叫控制）協(xié)議。
3）軟交換與應(yīng)用/業(yè)務(wù)之間的接口協(xié)議。提供訪問(wèn)各種數(shù)據(jù)庫(kù)、三方應(yīng)用平臺(tái)、各種功能服務(wù)器等的接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)增值業(yè)務(wù)、管理業(yè)務(wù)和三方應(yīng)用的支持。
如：a、軟交換與應(yīng)用服務(wù)器間的接口，可以使用SIP協(xié)議或API（如Parlay），提供對(duì)三方應(yīng)用和各種增值業(yè)務(wù)的支持功能；b、軟交換與策略服務(wù)器間的接口，可使用COPS協(xié)議，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工作進(jìn)行動(dòng)態(tài)干預(yù)；c、軟交換與網(wǎng)管中心間的接口，可使用SNMP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理；
3、基于軟交換技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
軟交換是下一代網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備之一，各運(yùn)營(yíng)商在組建基于軟交換技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時(shí)，必須考慮到與其它各種網(wǎng)絡(luò)的互通。在下一代網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)有一個(gè)較統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。軟交換位于網(wǎng)絡(luò)控制層，較好地實(shí)現(xiàn)了基于分組網(wǎng)利用程控軟件提供呼叫控制功能和媒體處理相分離的功能。軟交換與應(yīng)用/業(yè)務(wù)層之間的接口提供訪問(wèn)各種數(shù)據(jù)庫(kù)、三方應(yīng)用平臺(tái)、功能服務(wù)器等接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)增值業(yè)務(wù)、管理業(yè)務(wù)和三方應(yīng)用的支持。其中：軟交換與應(yīng)用服務(wù)器間的接口可采用SIP、API，如Parlay，提供對(duì)三方應(yīng)用和增值業(yè)務(wù)的支持；軟交換與策略服務(wù)器間的接口對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備工作進(jìn)行動(dòng)態(tài)干預(yù)，可采用COPS協(xié)議；軟交換與網(wǎng)關(guān)中心間的接口實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理，采用SNMP；軟交換與智能網(wǎng)SCP之間的接口實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有智能網(wǎng)業(yè)務(wù)的支持，采用INAP協(xié)議。
4、總結(jié)
軟交換將是下一代網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵性技術(shù)，可以對(duì)PSTN向分組網(wǎng)絡(luò)的過(guò)渡提供無(wú)縫連接。在電力通信網(wǎng)、電話網(wǎng)等多種專業(yè)網(wǎng)都很有應(yīng)用前途，將為網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)作出巨大貢獻(xiàn)。軟交換的出現(xiàn)，在網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放性和可編程方面邁出了第一步，代表了網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的方向。但軟交換只是網(wǎng)絡(luò)革命的前奏，還有很多的問(wèn)題需要進(jìn)一步探討。
參考文獻(xiàn)：
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摘要:采用FPGA技術(shù),在ALTERA公司的FLEX6000系列芯片上實(shí)現(xiàn)了從設(shè)備模式PCI總線的簡(jiǎn)化協(xié)議,并給出了Windows9x系統(tǒng)下的虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序,提供了與應(yīng)用程序的接口。實(shí)現(xiàn)結(jié)果表明:該設(shè)備結(jié)構(gòu)靈活,功能可靠,有利于與其它模塊實(shí)現(xiàn)單片集成應(yīng)用。本系統(tǒng)已應(yīng)用在數(shù)據(jù)采集和處理、圖像處理等方面。
關(guān)鍵詞:PCI總線協(xié)議 現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)
目前,許多公司都提出了新型的計(jì)算機(jī)高速總線,如Arapahoe總線標(biāo)準(zhǔn)和HyperTransport技術(shù),但各協(xié)議互不兼容,沒(méi)有形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。作為傳統(tǒng)的通用局部總線,PCI總線仍然占據(jù)著主流個(gè)人電腦市場(chǎng),具有頑強(qiáng)的生命力。
現(xiàn)在市面上存在著各種PCI接口芯片,如AMCC公司的S5933,PLX的9080系列等。專用芯片可以實(shí)現(xiàn)完整的PCI主設(shè)備與從設(shè)備模式的接口功能,將復(fù)雜的PCI總線接口轉(zhuǎn)化相對(duì)簡(jiǎn)單的用戶接口,但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)受接口芯片的限制,不能靈活地設(shè)計(jì)目標(biāo)系統(tǒng),且成本較高。本文使用符合PCI電氣特性的FPGA芯片進(jìn)行簡(jiǎn)化的PCI接口邏輯設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了33MHz、32位數(shù)據(jù)寬度的PCI從設(shè)備模塊的接口功能,節(jié)約了系統(tǒng)的邏輯資源,且可以將其它用戶邏輯集成在同一塊芯片,降低了成本,增加了設(shè)計(jì)的靈活性。另外,還給出了Windows9x系統(tǒng)下的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序,可以與應(yīng)用程序接口,形成一個(gè)完整的系統(tǒng)。目前,本系統(tǒng)已經(jīng)被印染企業(yè)應(yīng)用在數(shù)據(jù)采集和處理等方面。
1 系統(tǒng)構(gòu)成與功能描述
系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示。
由圖1可見(jiàn),系統(tǒng)的硬件平臺(tái)為一塊PCI卡。此卡的結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)潔,主要由FPGA芯片、RAM芯片和輸出接口三部分組成。其中,FPGA芯片集成了PCI接口模塊和數(shù)據(jù)處理模塊。PCI接口模塊實(shí)現(xiàn)了33MHz工作時(shí)鐘、32位總線寬度的接口功能,支持I/O空間、內(nèi)存空間及配置空間的讀寫(xiě)和PCI中斷功能。由于簡(jiǎn)化的PCI接口占用的邏輯資源較少,可在同一塊芯片中集成其他用戶邏輯。作為一個(gè)應(yīng)用實(shí)例,本文加入了一個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊,對(duì)PCI接口傳送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,通過(guò)片外的輸出接口輸出到下位機(jī)。RAM芯片為數(shù)據(jù)處理提供緩存功能。
2 從設(shè)備模式下的簡(jiǎn)化PCI協(xié)議的實(shí)現(xiàn)
為了實(shí)現(xiàn)PCI接口的基本功能,必須完成以下幾個(gè)模塊:
(1)PCI配置空間設(shè)置。PCI協(xié)議支持三種地址空間:I/O空間、內(nèi)存空間和配置空間。配置空間提供了支持PCI設(shè)備自動(dòng)配置的機(jī)制,是必需的。
(2)PCI從設(shè)備狀態(tài)機(jī)。PCI總線狀態(tài)機(jī)是具有PCI總線的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)狀態(tài)流,是由一個(gè)已知狀態(tài)到另一個(gè)狀態(tài)的條件、時(shí)序的描述。這是PCI接口設(shè)計(jì)中最基本也是最重要的部分。
(3)地址譯碼和命令譯碼。地址譯碼用來(lái)確定PCI設(shè)備是否應(yīng)當(dāng)響應(yīng)當(dāng)前總線的操作;命令譯碼則用來(lái)指示PCI設(shè)備根據(jù)不同的總線命令作出相應(yīng)的動(dòng)作。
本文采用ALTERA公司的Max+PlusII軟件平臺(tái),硬件描述語(yǔ)言使用ALTERA HDL語(yǔ)言,也可以方便地轉(zhuǎn)換民VHDL或VerilogHDL語(yǔ)言。在此之前,先引入PCI總線信號(hào)的定義。
2.1 總線信號(hào)定義
根據(jù)PCI總線協(xié)議2.2版,從設(shè)備模式下PCI接口至少包含47根引腳。圖2給出了按功能劃分的引腳分布,左邊是必需引腳。右邊是可選引腳。為簡(jiǎn)化起見(jiàn),本文采用了如下引腳,其他引腳均不使能或置為高阻態(tài)。
(1)由系統(tǒng)提供的33MHz的同步時(shí)鐘信號(hào)CLK和復(fù)位信號(hào)RST#(#表示低電平有效);
(2)關(guān)于數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮诵男盘?hào):32位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線AD[31:0]、總線命令/字節(jié)使能復(fù)用線C/BE[3:0]#和偶校驗(yàn)信號(hào)PAR;
(3)接口控制信號(hào)FRAME#、TRDY#、IRDY#、STOP#、DEVSEL#和IDSEL。其中,FRAME#為數(shù)據(jù)傳輸起止信號(hào),TRDY#為主設(shè)備準(zhǔn)備好信號(hào),IRDY#為從設(shè)備準(zhǔn)備好信號(hào),STOP#為從設(shè)備停止請(qǐng)求信號(hào),DEVSEL#為設(shè)備選擇信號(hào),IDSEL為配置空間讀寫(xiě)時(shí)的片選信號(hào);