同步传输接口卡的MMC系统设计方案及器件选型

赵剑川

摘 要： 介绍了MMC基本规范和功能；给出了一种STM-1接口板的硬件设计方案和MMC模块接口设计，根据功能要求对硬件设备进行了选型设计；采用FPGA技术，通过对SPI模式下MMC模块接口设计，实现了单片机对MMC单板的12V上电控制，以及单板与主控板（MCH）的信息交互功能，包括在位检测、使能和地址识别（槽位ID和设备ID）、温度检查等功能。

关键词： STM-1接口；MMC；FPGA；硬件设计

1.MMC概述

在mTCA标准中，AMC模块的IPMI功能由MMC（Module Management Controller）即模块理控制器实现。它通过IPMB总线传输IPMI消息、传感器信息等数据，协助MCH完成模块激活，模块识别，电子密匙，状态监控等功能。而MCMC是MCH的管理控制单元，负责完成系统中的现场置换单元（Field Replaceable Units， FRU），如AMC子板、电源子板、风扇等。管理接口是由IPMI（智能平台管理接口）实现的，IPMI由IPMB-0和IPMB-L组成。MCH与AMC子卡是通过IPMB-L管理总线连接，如图1所示。MCMC与AMC基板的MMC管理控制器协议芯片建立通信联系，实现在位检测、使能和地址识别，温度检查等功能[1]。

本文设计的MMC模块主要功能是负责单板的12V上电控制，以及单板与主控板（MCH）的信息交互功能，包括在位检测、使能和地址识别（槽位ID和设备ID）、温度检查等功能。

2. STM-1接口板功能

本文STM-1接口板（同步传输接口卡）主要完成的工作是STM-1信元的打包和解包工作。下行方向，STM-1 接口板把移动交换中心（MSC）过来的STM-1信元的PAYLOAD提取出来，打包成以太网包，送给业务处理单元。上行方向，STM-1接口板把背板过来的以太网包的PAYLOAD提取出来，打包成STM-1信元，上传给移动交换中心（ MSC）[2]。

3. MMC系统设计

3.1MMC模块器件选型

3.1.1 CPU芯片选型

设计过程，根据功能，需要实现一路I2C接口，用于传输IPMB-L控制信息；一路UART接口，作为调试串口；一路SPI接口，用于连接温度传感器作为单板温度监控；提供25路以上IO接口。根据要求，选择ATMEL公司生产的芯片，其型号为ATxmega128A1-CU。芯片主要技术参数：

1）工作主频最大支持32MHz；

2）供电电压 1.6V～3.6V；

3）支持4路I2C接口、4路SPI接口、8路USART接口；

4）78路I/O端口。

需求符合度：ATxmega128A1-CU符合MMC模块的需求，为PLM库已编码器件，是公司成熟的开发平台，开发难度较低，成本适宜。

3.1.2可热插拔双线总线缓冲器选型

可热插拔双线总线缓冲器设计时需具有I2C缓冲功能和防静电设计。根据要求，选择TI公司生产的芯片，其型号为TCA4311DR。

芯片主要技术参数：

1）供电电压：2.7V-5.5V；

2）I2C缓冲器，兼容I2C的标准模式和快速模式；

3）高阻抗I2C管脚电源关断；

4）高于JESD22的ESD防护功能。

需求符合度：TCA4311DR符合板卡传输IPMB-L信息、I2C缓冲、进行热插拔操作防静电保护的需求，为PLM已编码器件，满足设计需求。

3.1.3非门选型

非门设计需具有反相功能和防静电设计。根据要求，选择TI公司生产的芯片，其型号为SN74LVC1G02DBV。

芯片主要技术参数：

1）执行逻辑运算功能： ；

2）高于JESD22的ESD防护功能。

需求符合度：SN74LVC1G02DBV符合通过背板ENABLE#信号对MMC模块进行复位的需求，同时具有防静电功能，为PLM已编码器件，满足设计需求。

3.1.5温度传感器选型

非门设计需具有温度检测功能（商业级温度要求），同时支持SPI串行总线读取信息。根据要求，选择TI公司生产的芯片，其型号为TMP125AIDBV。

芯片主要技术参数：

1）SPI接口传输数字信号；

2）-25℃-+85℃范围，±2℃ 精度；

3）工作电压：2.7V～5.5V；

4）10Bit字节数字长度，SPI端口只读数字温度传感器。

需求符合度：TMP125AIDBV符合MMC模块对体积、测试精度及价格的要求，为PLM已编码器件，满足设计需求。

3.2 MMC启动控制流程

MMC系统负责监控整个板子的上下电过程，并可以通过指示灯告之用户。MMC的启动控制流程如图2所示。

STM-1板卡上电过程如下：

1）MMC首先上电启动；

2）MMC启动完毕后，板上的12V上电；

3）板卡业务监控模块P2020小系统启动；

4）P20202加载板卡的FPGA，配置FPGA；

5）P2020配置STM-1信元接口转换芯片PM5320。

3.3 MMC模块接口设计

本STM-1板上MMC模块主要完成单板的识别、上电使能、温度检查等基本功能。MMC模块由AVR单片机、温度传感器、I2C缓冲器等器件组成，MMC模块框图如图3所示[3]。MMC接口信号功能如表1所示。

3.4 MMC前面板设计

前面板主要包括2路光口，1路调试网口以及3路狀态指示灯。光口主要用于发送与接收STM-1信元，调试网口主要用于板卡调试以及程序加载。3路状态指示灯定义如表2所示。

4.结论

MMC模块由AVR单片机、温度传感器、I2C缓冲器等器件组成。采用FPGA技术，通过对SPI模式下MMC模块接口设计，实现了单片机对MMC卡FAT16文件的管理。本STM-1板上MMC模块主要完成单板的识别、上电使能、温度检查等基本功能。实现了嵌入式系统中存储的大容量扩展。

参考文献

[1]王平，雷为民，刘晓莉，等.SIPG网关E1接口板卡及其驱动的设计与实现[J].小型微型计算机系统， 2007，28（2）：000381-384.

[2]陈琳，蒋烈辉， 马鸣锦，等.利用FPGA实现MMC2107与SDRAM接口设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2003（8）：34-38.

[3]孙冰洁.用于单片机系统的MMC卡文件系统研制[D].北京交通大学，2006.