0 引言

近年来，随着高清电视、互动多媒体、手机电视和视频点播新业务的不断涌现，用户对带宽的需求不断增大。EPON 因其传输距离远、传输容量大的优势得到了广大运营商的青睐。同时，国家三网融合的政策也对EPON 技术的应用提供了强大的助力。EPON 系统是一个非对称系统， 在OLT 端可以有多达32 个数据链路层，1 个调和子层（reconciliation sublayer， 简称RS）；在ONU 端只有1 个数据链路层，1 个RS 层。RS层处在物理层能和MAC 层之间， 在下行方向上对从OLT 端发送来的数据起着选择作用， 对属于该ONU的数据向下行方向传递， 对不属于该ONU 的数据要把它丢弃，对数据起着过滤作用。在上行方向上，主要是对发送到对端的帧加入前导码， 以便于对端的定位。在ONU 端根据RS 层功能，将其分为接收和发送两部分， 我们就这两部分功能提出了相应的方案设计。

1 RS 层接收部分方案的设计

1.1 RS 层接收模块主要功能

①对EPON 的帧头（即前导码）进行检测；②定位SLD 域；③使用SLD 域的位置来定位CRC 域和检验接收到的数值与使用接收数据计算出来的CRC 是否相匹配；④使用SLD 域的位置来定位LLID 域和解析它来测定目的地MAC；⑤假如由于不正确的CRC 或者未知的LLID 不丢弃报文，那么使用正常的前导码来取代SLD 和LLID，用SFD 来取代CRC 域，传送这个报文给相应的MAC；否则则丢弃整个报文，用正常的帧间隔来取代它（在这里我们选择将报文丢弃）。

1.2 RS 层接收模块设计功能介绍

其方案如图1 所示。

图1 RS 层接收模块设计方案

①帧头检测及SLD 定位。在EPON 系统中，EPON帧的前导码的前5 个字节是固定的，所以可以利用前5 个字节来对帧头进行判断， 如果接收数据的前5 个字节与EPON 帧的前5 个字节完全一致，那么就认为帧头是正确的。那样，我们就可以断定SLD 字节所在的位置了。如果帧头正确，输出信号Detect_dv 就会为1，否则Detect_dv 的输出就会是0。帧头检测及SLD 定位模块的输出信号就是进入该模块的Rxd[7：0]信号。

②计数器。计数器模块的作用主要是为1 进2 出模块提供一个选择信号输出的端口以及为FiFo 管理1 模块提供写使能信号。它受信号RX_dv 的控制，当Rx_dv 为0 时，计数器清零；当Rx_dv 为1 时，计数器就会正常地计数，但是，在计数到8 之前，其输出信号为0，当计数到8 时，其输出信号才为1。

③1：2 选择。这是一个信号选择输出的模块，它受计数器输出信号的控制，当输出信号为0 时，进入1：2模块的信号，从端口1 输出，进入RAM1 中；当计数器的输出信号为1 时， 进入1：2 模块的信号， 从端口2输出，进入RAM2 中。也就是说，当EPON 帧经过帧头检测及SLD 定位以后，前导码进入RAM1 中，其他字节进入RAM2 中。

④RAM1 与FiFo 管理1。当计数器的输出信号为0 时，经过非门以后为1，给FiFo 管理1 发送了写使能信号，FiFo 管理1 模块提供写地址， 使从1：2 模块端口1 中输出来的信号按照FiFo 管理1 模块提供的地址写入RAM1 中；由于前导码共8 个字节，所以FiFo管理1 模块仅给提供8 个地址；同时它还受Detect_dv作为读使能信号的控制， 当帧头检测正确时，Detect_dv 为1，就会触发FiFo 管理1 给RAM1 提供读地址， 它所提供的地址就是需要CRC-8 检验的字节，所以其读地址就是从SLD 域到LLID 的地址， 这样要检验的字节就会进入CRC-8 模块进行循环冗余校验。

⑤RAM2 与FiFo 管理2。当计数器的输出为1 时，FiFo 管理2 为进入RAM2 的数据提供了地址，从帧头检测及SLD 定位模块来的数据经1：2 选择模块根据FiFo 管理2 模块提供的地址进入了RAM2。然后根据从LLID 匹配模块得来的控制信号对进入RAM2 的信号进行相应的处理， 当所接收到数据所带的LLID 与OLT 给本地ONU 分配的LLID 不匹配时，FiFo 管理2模块就会根据接收到的是否清除信号，撤销给要进入RAM2 数据的地址，那样，数据就会无法进入RAM2，也就是丢弃了与LLID 不相匹配的数据。当数所接收到的数据LLID 与所分配的LLID 相符时，LLID 匹配模块就会给FiFo 管理2 模块一个写使能信号，FiFo 管理2 模块就会提供所要读取信号的地址。此模块与RAM1与FiFo 管理1 不同的是，RAM2 在读取数据的同时也在写入数据。

⑥CRC-8 校验。此模块主要提供的是对前导码第3 至第7 个字节的循环冗余校验， 主要目的是提高传输系统的通信性能。IEEE802.3ah给出了CRC8 校验的串行算法实现，如图2 所示。

图2 CRC8 校验原理

从图中看出，串行检验算法若要用逻辑语言实现，则需要一个高速的移位寄存器实现GMII总线中的8B数据流检验。因此串行校验算法浪费的资源较大。

为了能够更好地实现CRC-8 检验，我们可以用并行的CRC-8 检验， 该算法的Verilog 实现如下面的程序。d 为GMII总线过来的8b 码，next_cec 为根据前一个8b 码计算出来的校验码。crc_reg 为中间计算结果，初始时crc_reg 等于0。

Assign next_crc[2]=d[5]^d[6]^d[7]^crc_reg[6]^d[1]^crc_reg[0] ^crc_reg[1] ^crc_reg[2]；

Assign next_crc[3]=d[4]^crc_reg[3]^d[5]^d[6] ^crc_reg[7]^d[0]^crc_reg[1] ^crc_reg[2]；

Assign next_crc [4]= d [4]^crc_reg [3]^d [5]^ crc_reg[4]^crc_reg[2]^ crc_reg[3] ；

Assign next_crc[5]= d[4]^crc_reg[3]^ crc_reg[4] ^crc_reg[5]^d[2] ^d[3] ；

Assign next_crc[6]=crc_reg[4] ^crc_reg[5]^ crc_reg[6]^d[1]^d[2] ^d[3]；

Assign next_crc[7]=crc_reg[5] ^crc_reg[6]^ crc_reg[7]^d[0]^d[1] ^d[2]；

⑦CRC8 比较。当对前导码的第3、4、5、6、7 字节进行CRC-8 检验之后，得到校验码，用接收数据的校验码与所经过crc-8 模块得到的校验码进行比较，如果两者相同， 表明在数据的传输过程中没有出现错误，证明接收的码组是正确的。这时，其输出信号crc-8_dv 通告所得结果， 使LLID 匹配校验模块对接收数据的LLID 进行校验。

⑧LLID 匹配校验。对接收到的数据LLID 与OLT分配给ONU 的LLID 进行比较，如果两者一致，表明接收到的数据就是属于该ONU 的数据，则启动RAM2的读使能信号，使信号向MAC 层发送；如果两者不一致，则把所得到的接收信号丢弃，在这里我们启动清除信号，停止给进入RAM2 的数据分配地址，数据就会被丢弃。

1.3 工作流程

数据进入帧头检测及SLD 定位模块以后，该模块对进入的数据进行检测，如果接收到的EPON 帧不满足EPON 的帧格式要求，则接收到的数据无效，并且Detect_dv 会给CRC-8 模块一个信号， 通知对方数据为无效信号不用对其进行循环冗余校验；在数据进入帧头检测及SLD 定位模块的同时，RX_dv 作为计数器模块的控制信号控制计数器，1 进2 出模块输出的端口由计数器的输出来控制，前8 个字节也就是前导码进入图中上半部分的RAM1， 以后的字节进入RAM2模块， 在FiFo 管理1 模块的控制之下，RAM1 模块将第3 到7 个字节送到CRC-8 模块，对其进行循环冗余校验，并将数据输出到CRC-8 比较模块与从RAM 经延时模块的RAM 中的第8 个字节进行比较， 检测接收数据计算出来的数据是否与所带的CRC 域的数据是否相匹配， 如果匹配crc-8_dv 将向LLID 匹配校验模块发送使能信号， 让前导码中的LLID 字节与OLT分配的字节相比较， 如果匹配则向控制图中下方RAM2 的FiFo 管理模块发送LLID 有效的信号， 使RAM2 开始读数据；如果不匹配，则向FiFo 管理2 模块发送清除信号， 使RAM2 的写数据无法得到地址，使数据自动清除。

2 RS 层发送部分方案的设计

RS 层发送部分的主要功能主要是给从MAC 层来的数据帧和控制帧添加EPON 帧的前导码。由图2 可知，前导码由8 个字节组成，第3 个字节是定界字符，第6、7 个字节是OLT 分配给ONU 的逻辑链路标志，最后一个字节是第3 字节到第7 字节之间字节的CRC-8 校验码。所以，在RS 层的发送部分中要对第3到第7 字节做CRC-8 校验。其设计方案如图3 所示。

图3 RS 层发送模块的设计方案

在这个RAM 中，我们设计其为8×8 的容量，共有8 个地址，每个地址8bit。在LLID 写使能信号的指示下，LLID 被写入被RAM 管理模块分配的相应的地址中。同时，RAM 中还存在着前导码中除LLID 域和CRC 域的其他字节，在LLID 被写入RAM 后，管理模块把要检验的字节读入到CRC-8 模块中进行CRC-8校验，得到校验码。在CRC-8 校验结束之后，会给管理模块一个指示信号，使其把经CRC-8 校验后的校验码读入RAM 中，等到帧数据到来后，RAM 的读写功能同时开始进行，把EPON 帧传递到物理层。

3 结束语

EPON 是解决宽带接入的有效方案之一， 我们对EPON 系统ONU 端的RS 层进行了研究， 并在千兆以太网的基础之进行了方案设计。理论分析表明此方案可以有效地解决RS 层对接收数据选择过滤以及对发送数据添加EPON 帧头等问题。不足之处在于对接收模块和发送模块的方案设计只是出于理论研究，同时，对EPON 系统的其它层的研究较少，如：物理编码子层、物理媒质相关子层等。下一步的研究工作就是根据以上提出的不足，对物理编码子层以及物理媒质相关子层进行深一步的研究，让EPON 网络能够得到更好的应用。