一种实现HINOC标准的SOC芯片架构

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摘 要：文中介绍了一种用于实现hinoc协议的soc芯片架构的设计方案。HINOC是我国为了利用同轴电缆带外信号提供高速接入服务的自主协议。文中首先介绍HINOC协议的基本结构，其次描述了HINOC实现中各个部分的主要功能，最后提出了一种低成本的soc解决方案，以达到提高传输速率、降低硬件成本的目的。

关键词：HINOC；HMAC；HIPHY；SOC

随着我国光纤通信技术的日趋成熟，骨干网络光纤化已经完成，其带宽已经可以满足业务需求，而被称为“最后一英里”的接入网带宽成为用户家庭上网速率的瓶颈。目前国家对“三网融合”大力推进，其中利用同轴电缆解决接入技术由于多方面的优点逐渐被更多公司和组织所接收。有线电视同轴电缆接入技术与其他技术相比有很多优点，如：

・频带宽，传输容量大。我国将750MHz以下的频带用于广播电视，而750MHz以上最高可达1500MHz的频带并没有使用。如果将其运用于宽度数据传输，将很大程度上解决用户的上网需求。

・采用同轴电缆，抗干扰能力强，屏蔽性能好。

・采用已有的有限电视网络，分布范围广，改造方便。

1 HINOC的协议栈模型

HINOC标准中定义了对应网络OSI模型的物理层（PHY层）传输模式和媒质接入控制层（MAC层）协议。协议栈自下而上依次分为物理层（PHY层），MAC层和高层。

PHY层定义的信号传输模式包括帧结构、信道编码以及调制技术。在芯片实现中，为了保证较高的速率，一般由硬件加速器完全实现。

MAC层实现HINOC网络中的媒质接入控制和业务适配功能，分为公共部分子层（CPS）和汇聚子层（CS）。CS接收高层协议数据单元（PDU），并映射到CPS，实现高层与MAC层功能的适配。CPS主要是实现结点接纳、信道的访问和控制、链路维护、服务质量保证Qos等。本文将就此提出一种可行的低成本SOC架构，根据HINOC协议的要求，在满足传输速率的前提下，尽量简化硬件设计复杂度，降低硬件设计成本。

2 HINOC的MAC层

HINOC的MAC层帧包括以下三种类型：

・数据帧：用来承载上层业务，主要是高层以太网帧。

・控制帧：用来信道预约和信道分配，分为预约请求帧和MAP帧。

・信令帧：用来实现结点接纳、退出、维护过程中HB和HM之间的信令交互。

HB通过MAP帧实现整个信道上数据收发的调度。MAP帧是由HB广播给各个HM的。当HM接收到MAP帧后，判断自己请求的哪一个帧得到了授权，在什么时候发送以及HB何时有发往自己的下行帧。之后，HM在MAP帧中指定的时间发送得到授权的帧，或接收HB发送的下行帧。

HINOC MAC协议的基本功能主要可以分为：网络搜索；节点接纳；节点退出；链路维护；地址学习与转发表的构建；流分类及优先级映射以及数据包封包解包。

3 HINOC SOC芯片的架构

HINOC SOC芯片的架构如下图1中所示。主要由四大部分组成：

A.ARM 11系列高性能嵌入式CPU，需要完成的主要功能有：进行系统控制，中断处理等；管理各个硬件协处理器运行及状态响应；协助HMAC进行部分数据和协议栈的处理。

B. EMAC协处理器，是以太网MAC处理器，完成高层以太网数据帧和控制帧的处理，以及解包后的HINOC数据与上层进行数据传送的封包解包工作。

C.HMAC协处理器，是HINOC MAC处理器，实现HINOC网络中媒质接入控制和业务适配功能，完成兼容HINOC协议的HINOC MAC帧的处理。其中，流分类及优先级映射以及数据包封包解包由于要求响应速度快且数据量大，由硬件设计完成；而网络搜索、节点接纳、链路维护等实时性要求不高的处理由CPU软件完成。

D.HIPHY协处理器，是对HINOC PHY层信号进行相应的处理，与HMAC协处理器进行交互，按照HINOC标准中对PHY的规定进行数据处理。它与HMAC协处理器之间通过自定义队列进行交互。

结束语

本文提出了一种用软硬件协调的方式完成HINOC HM芯片设计的SOC设计方案，其中对于实时性要求不高的MAC层协议处理部分由高性能的ARM11 CPU处理器完成，而对流分类和数据拆包解包等数据量大、实时性要求高的部分由专用硬件加速器完成。

参考文献

[1]冯振威.基于嵌入式平台的HINOC MAC驱动程序的设计[D].西安：西安电子科技大学.

[2]高性能同轴电缆接入网（HINOC）物理层传输模式及媒质接入控制协议[J].广电总局广科院、北京大学、西安电子科技大学，2010.

[3]欧阳峰，崔竞飞，赵玉萍.HINOC同轴电缆接入系统技术方案[J].广播与电视技术，2011，（10）：34-38.